程序员脱单秘籍 | 我跟JVM搞对象！【深度剖析对象的创建和内存分配】

长久以来，面向对象编程大行其道。也正是因为有了面向对象的设计思想，技术才极大程度促进了社会的发展。作为新时代农民工，即已知晓或者掌握面向对象的编程方法，那么知其然也只其所以然也是我们每个人身体力行的必要！

干货概要

1、类对象的创建过程详细解析

2、对象在JVM的内存如何分配？

对象打哪来？

对于我们所使用的高级语言Java而言，在我们为每一个类指明了字段类型和构造方法之后，要将他派上用场的时候，往往只需要简单的new一下，然后就可以畅快淋漓的使用它，为所欲为！

当有一天我们遇到了职业生涯的拦路虎–面试官，他会抛出一系列针对你对象创建方面问题：

请你谈谈关于面向对象的理解？

请你谈谈对于对象头、轻重量锁的理解？

对象在什么情况下会进入老年代？

想要流畅的回答这些同类问题并且顺手吊打一波面试官，那就让我们从本质上搞定对象的创建和内存空间的分配开始。

首先我们需要有个对象，没有对象的那我们就先new一个：

GirlFriend gf = new GirlFriend();

new大法好，那他具体是怎么个流程呢？那我们先从总体看看类的加载过程：

名词太抽象？那就拆开一个个解释：

类加载

虚拟机遇到一条new指令时，**首先将去检查这个指令的参数是否能在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被加载、解析和初始化过。**如果没有，那必须先执行相应的类加载过程。new指令对应到语言层面上讲是，new关键词、对象克隆、对象序列化等。

分配内存

在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成后便可完全确定，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。

在这个步骤有两个重要的问题：

1.针对内存这一大空间如何进行有规则的分配？

2.多个对象在内存分配的资源并发争抢如何处理？【例如：系统在给对象A分配内存时，指针还没来得及修改，对象B又同时使用了原来的指针来分配内存】

那么要搞定上面的问题，我们首先要知道：JVM进行内存划分的方法：

“指针碰撞”（Bump the Pointer）(默认用指针碰撞):
如果Java堆中内存是绝对规整的，所有用过的内存都放在一边，空闲的内存放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就仅仅是把那个指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离。

“空闲列表”（Free List）:如果Java堆中的内存并不是规整的，已使用的内存和空闲的内存相互交错，那就没有办法简单地进行指针碰撞了，虚拟
机就必须维护一个列表，记录上哪些内存块是可用的，在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录.

在知道内存分配的方法基础上，我们再深入探讨一下分配内存时的并发问题的解决：

解决并发问题方法一：CAS（compare and swap）:
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来对分配内存空间的动作进行同步处理。

本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）:
把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存。通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定虚拟机是否使用TLAB(JVM会默认开启-XX:+UseTLAB)，-XX:TLABSize 指定TLAB大小。

初始化

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)，如果使用TLAB，这一工作过程也可以提前至TLAB分配时进行。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的对象头Object Header之中。
在HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）
和对齐填充（Padding）。 HotSpot虚拟机的对象头包括两部分信息，第一部分用于存储对象自身的运行时数据，如哈
希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。对象头的另外一部分
是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

执行 init 方法

执行方法，即对象按照程序员的意愿进行初始化。对应到语言层面上讲，就是为属性赋值（注意，这与上面的赋零值不同，这是由程序员赋的值），和执行构造方法。

对象如何装？

在java的变量类型里面，我们都知道有自定义变量和常量，也知道对象会存在于栈或者堆中，当对象位于堆中时，又会有新生代、伊甸园区、老年代的概念。综上，我们要把握住对象何时处于何区、何时进行流转？

针对上述图中所包含的重要原理进行解析，通过对核心概念的解释和数据的流转彻底理解对象在内存中的存放方式以及回收流程：

- 对象在栈上分配:我们通过JVM内存分配可以知道JAVA中的对象都是在堆上进行分配，当对象没有被引用的时候，需要依靠GC进行回收内存，如果对象数量较多的时候，会给GC带来较大压力，也间接影响了应用的性能。为了减少临时对象在堆内分配的数量，JVM通过逃逸分析确定该对象不会被外部访问。如果不会逃逸可以将该对象在栈上分配内存，这样该对象所占用的内存空间就可以随栈帧出栈而销毁，就减轻了垃圾回收的压力。
对象逃逸分析：就是分析对象动态作用域，当一个对象在方法中被定义后，它可能被外部方法所引用，例如作为调用参数传递到其他地方中。
逃逸分析示例解释：
 public GirlFriend get1() {GirlFriend gf = new GirlFriend();gf.setId(1);
gf.setName("DLRB");//TODO 保存到数据库return gf;
}public void get2() {GirlFriend gf = new GirlFriend();gf.setId(2);
gf.setName("GXT");//TODO 保存到数据库
}
get1（）和get2（）相比较，get1（）有对象的返回，jvm会认为程序后续会继续使用。而get2（）并没有对象返回，所以对其可以确定当方法结束这个对象就可以认为是无效对象了，对于这样的对象我们其实可以将其分配在栈内存里，让其在方法结束时跟随栈内存一起被回收掉。这就内存逃逸分析！
对象在Eden区分配:大多数情况下，对象在新生代中 Eden 区分配。当 Eden 区没有足够空间进行分配时，虚拟机将发起一次Minor GC。

大对象直接进入老年代:大对象就是需要大量连续内存空间的对象（比如：字符串、数组）。JVM参数 -XX:PretenureSizeThreshold 可以设置大对象的大小，如果对象超过设置大小会直接进入老年代，不会进入年轻代，这个参数只在 Serial 和ParNew两个收集器下有效。

长期存活的对象将进入老年代:既然虚拟机采用了分代收集的思想来管理内存，那么内存回收时就必须能识别哪些对象应放在新生代，哪些对象应放在老年代中。为了做到这一点，虚拟机给每个对象一个对象年龄（Age）计数器。如果对象在 Eden 出生并经过第一次 Minor GC 后仍然能够存活，并且能被 Survivor 容纳的话，将被移动到 Survivor 空间中，并将对象年龄设为1。对象在 Survivor 中每熬过一次 MinorGC，年龄就增加1岁，当它的年龄增加到一定程度（默认为15岁，CMS收集器默认6岁，不同的垃圾收集器会略微有点不同），就会被晋升到老年代中。对象晋升到老年代的年龄阈值，可以通过参数 -XX:MaxTenuringThreshold 来设置。

对象动态年龄判断:当前放对象的Survivor区域里(其中一块区域，放对象的那块s区)，一批对象的总大小大于这块Survivor区域内存大小的50%(-XX:TargetSurvivorRatio可以指定)，那么此时大于等于这批对象年龄最大值的对象，就可以直接进入老年代了，例如Survivor区域里现在有一批对象，年龄1+年龄2+年龄n的多个年龄对象总和超过了Survivor区域的50%，此时就会把年龄n(含)以上的对象都放入老年代。这个规则其实是希望那些可能是长期存活的对象，尽早进入老年代。对象动态年龄判断机制一般是在minor gc之后触发的。

老年代空间分配担保机制 : 年轻代每次minor gc之前JVM都会计算下老年代剩余可用空间
如果这个可用空间小于年轻代里现有的所有对象大小之和(包括垃圾对象)
就会看一个“-XX:-HandlePromotionFailure”(jdk1.8默认就设置了)的参数是否设置了
如果有这个参数，就会看看老年代的可用内存大小，是否大于之前每一次minor gc后进入老年代的对象的平均大小。
如果上一步结果是小于或者之前说的参数没有设置，那么就会触发一次Full gc，对老年代和年轻代一起回收一次垃圾，如果回收完还是没有足够空间存放新的对象就会发生"OOM"
当然，如果minor gc之后剩余存活的需要挪动到老年代的对象大小还是大于老年代可用空间，那么也会触发full gc，full gc完之后如果还是没有空间放minor gc之后的存活对象，则也会发生“OOM”