Java 对象的创建过程

概述

在之前的一篇文章《关于 java 继承的哪些事》简单讲了 Java 创建对象的过程，但具体细节当时并没有详细讲。因而本篇文章以 HotSpot 虚拟机为例，来讲一下 Java 虚拟机是如何创建一个对象的？

简单来说 Java 对象的创建过程总共分为 5 步：

Java 创建对象的过程

类加载检查

首先当虚拟机遇到一个 new 指令时，首先会去检查这个参数能否在常量池中定位到这个类的符号引用，并且检查这个符号引用所代表的的类是否已经被加载、连接、解析和初始化过，如果没有需要先执行类的加载操作（详细过程可参考"类的加载流程" ）。

分配内存

当类加载检查通过后，接下来虚拟机需要为新生对象分配内存，为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从 Java 堆中划分出来。分配内存的方式主要有两种：指针碰撞 和 空闲列表。

具体选择哪种方式取决于 Java 堆是否规整。而 Java 堆是否规整取决于垃圾收集器所采用的垃圾回收算法是否具有 空间压缩整理 的能力。

具体来说，指针碰撞分配内存空间的过程如下：

在 Java 堆规整的情况下，所有被使用过的内存放到一边，所有未被使用过的内存放置到另一边，中间放置一个指针作为分界点的指示器，当需要分配内存空间时，只需要将空闲指针向空闲内存方向移动对象内存大小的位置即可。

该算法能够使用的前提必须是空间是规整的，因为如果空间是碎片化的，很明显该算法就会失效。

另一种算法是空闲列表，其分配内存的过程如下：

虚拟机会维护一个列表，该列表中会记录那些内存块是可用的，在分配内存时，会在空闲列表中找到一块足够大的内存块来给对象实例，最后更新列表记录。

当然该算法也有不足，由于需要时刻维护一个空闲列表，因而会增加空间和时间开销，但优点就是它可以用来对离散的空间进行内存分配。

最后在分配内存时，可能也会存在并发安全的问题，为了解决该问题，虚拟机采用两种方式来解决：

• CAS+ 失败重试： CAS 是乐观锁的一种实现方式。所谓乐观锁就是，每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。虚拟机采用 CAS 配上失败重试的方式保证更新操作的原子性。
• TLAB: 为每一个线程预先在 Eden 区分配一块儿内存，JVM 在给线程中的对象分配内存时，首先在 TLAB 分配，当对象大于 TLAB 中的剩余内存或 TLAB 的内存已用尽时，再采用上述的 CAS 进行内存分配

初始化零值

内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值（不包括对象头），这一步操作保证了对象的实例字段在 Java 代码中可以不赋初始值就直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

设置对象头

初始化零值完成之后，虚拟机要对对象进行必要的设置 ，例如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的 GC 分代年龄等信息。 这些信息存放在对象头中。 另外，根据虚拟机当前运行状态的不同，如是否启用偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。

执行 init()方法

上边一些列工作完成之后，从虚拟机角度来看，实际上一个对象已经产生了。但从 Java 程序的角度来看，对象创建才刚刚开始---构造函数，即 Class 文件中的 <init>() 方法还没有执行所有字段还都是零值。并没有按照构造方法来对对象进行初始化，因而最后一步需要执行 <init>() 按照程序员的意愿来对代码进行初始化。

好了，前边对象的创建过程，我们已经讲清楚了，那有了对象之后，如何定位对象到对象进行使用呢？

对象的访问定位

建立对象就是为了使用对象，我们的 Java 程序通过栈上的 reference 数据来操作堆上的具体对象。对象的访问方式由虚拟机实现而定，目前主流的访问方式有 ① 使用句柄 和 ② 直接指针 两种：

句柄： 如果使用句柄的话，那么 Java 堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，reference 中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息；

直接指针：如果使用直接指针访问，那么 Java 堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，而 reference 中存储的直接就是对象的地址。具体寻址过程如下图所示：

这两种对象访问方式各有优势。使用句柄来访问的最大好处是 reference 中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时只会改变句柄中的实例数据指针，而 reference 本身不需要修改。使用直接指针访问方式最大的好处就是速度快，它节省了一次指针定位的时间开销。

总结

本文主要讲了对象创建的五大过程以及每一步的具体作用，后续为了使用 Java 对象因而讲了一些对象访问定位相关的知识。

参考

1. Java 内存区域
2. 《深入理解 JVM 虚拟机》