jvm--对象实例化及直接内存

1. 创建对象

创建对象的方式：

• new最常见的方式、Xxx 的静态方法（单例模式），XxxBuilder/XxxFactory 的静态方法
• Class 的 newInstance 方法（已经过时）：反射的方式，只能调用空参的构造器，权限必须是 public
• Constructor 的 newInstance(XXX)：反射的方式，可以调用空参、带参的构造器，权限没有要求
• 使用 clone()：不调用任何的构造器，要求当前的类需要实现 Cloneable 接口，实现 clone()
• 使用序列化：从文件中、从网络中获取一个对象的二进制流（克隆是浅拷贝，序列化是深拷贝）
• 第三方库 Objenesis

创建对象的步骤:
前面所述是从字节码角度看待对象的创建过程，现在从执行步骤的角度来分析：

1. 判断对象对应的类是否加载、链接、初始化。
   虚拟机遇到一条 new 指令，首先去检查这个指令的参数能否在 Metaspace 的常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已经被加载，解析和初始化（即判断类元信息是否存在）。如果没有，那么在双亲委派模式下，使用当前类加载器以 ClassLoader + 包名 + 类名为 key 进行查找对应的 .class 文件；

   • 如果没有找到文件，则抛出 ClassNotFoundException 异常
   • 如果找到，则进行类加载，并生成对应的 Class 对象

2. 为对象分配内存
   首先计算对象占用空间的大小，接着在堆中划分一块内存给新对象。如果实例成员变量是引用变量，仅分配引用变量空间即可，即 4 个字节大小

   • 如果内存规整：虚拟机将采用的是指针碰撞法（Bump The Point）来为对象分配内存。

   • 如果内存不规整：虚拟机需要维护一个空闲列表（Free List）来为对象分配内存。
     选择哪种分配方式由 Java 堆是否规整所决定，而 Java 堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。

3. 处理并发问题

   • 采用 CAS 失败重试、区域加锁保证更新的原子性
   • 每个线程预先分配一块 TLAB：通过设置 -XX:+UseTLAB参数来设定

4. 初始化分配到的内存
   所有属性设置默认值，保证对象实例字段在不赋值时可以直接使用

5. 设置对象的对象头
   将对象的所属类（即类的元数据信息）、对象的 HashCode 和对象的 GC 信息、锁信息等数据存储在对象的对象头中。这个过程的具体设置方式取决于 JVM 实现。

6. 执行 init 方法进行初始化
   在 Java 程序的视角看来，初始化才正式开始。初始化成员变量，执行实例化代码块，调用类的构造方法，并把堆内对象的首地址赋值给引用变量。
   因此一般来说（由字节码中跟随 invokespecial 指令所决定），new 指令之后会接着就是执行方法，把对象按照程序员的意愿进行初始化，这样一个真正可用的对象才算完成创建出来。

对象实例化的过程

1. 加载类元信息
2. 为对象分配内存
3. 处理并发问题
4. 属性的默认初始化（零值初始化）
5. 设置对象头信息
6. 属性的显示初始化、代码块中初始化、构造器中初始化

2. 对象内存布局

对象头包含了两部分，分别是运行时元数据（Mark Word）和类型指针。如果是数组，还需要记录数组的长度

运行时元数据

• 哈希值（HashCode）
• GC 分代年龄
• 锁状态标志
• 线程持有的锁
• 偏向线程 ID
• 翩向时间戳

类型指针:
指向类元数据 Instanceclass，确定该对象所属的类型

实例数据（Instance Data）:
它是对象真正存储的有效信息，包括程序代码中定义的各种类型的字段（包括从父类继承下来的和本身拥有的字段）

小结：

3. 对象的访问定位

JVM 是如何通过栈帧中的对象引用访问到其内部的对象实例呢？

句柄访问：reference 中存储稳定句柄地址，对象被移动（垃圾收集时移动对象很普遍）时只会改变句柄中实例数据指针即可，reference 本身不需要被修改
直接指针（HotSpot 采用）：直接指针是局部变量表中的引用，直接指向堆中的实例，在对象实例中有类型指针，指向的是方法区（元数据）中的对象类型数据

4. 直接内存（Direct Memory）

直接内存是在 Java 堆外的、直接向系统申请的内存区间。来源于 NIO，通过存在堆中的 DirectByteBuffer 操作 Native 内存。通常，访问直接内存的速度会优于 Java 堆，即读写性能高。
非直接缓存区:使用 IO 读写文件，需要与磁盘交互，需要由用户态切换到内核态。在内核态时，需要两份内存存储重复数据，效率低。
直接缓存区:使用 NIO 时，操作系统划出的直接缓存区可以被 java 代码直接访问，只有一份。NIO 适合对大文件的读写操作。
由于直接内存在 Java 堆外，因此它的大小不会直接受限于-Xmx 指定的最大堆大小，但是系统内存是有限的，Java 堆和直接内存的总和依然受限于操作系统能给出的最大内存。

• 分配回收成本较高
• 不受 JVM 内存回收管理

直接内存大小可以通过MaxDirectMemorySize设置。如果不指定，默认与堆的最大值-Xmx 参数值一致