B02、对象内存布局-4

本文主要是介绍B02、对象内存布局-4，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1、对象的实例化

1.1、有几种方式创建对象？

1、new 方式

是我们最常见的方式，当然除此之外也有几种变形方式：

Xxx 的静态方式
XxxBuilder / XxxFactory 的静态方法

比如：User user=new User();

在 jvm 中，将会做哪些事情：

1、首先在方法区的常量池中查看是否有new

后面参数（也就是类名）的符号引用，并检查是否有类的加载信息也就是是否被加载解析和初始化过。如果已经加载过了就不在加载，否则执行类的加载全过程。

2、加载完类后，大致做了如下三件事：

        a、给实例分配内存
        b、调用构造函数，初始化成员字段
        c、user对象指向分配的内存空间
注意：new操作不是原子操作，b和c的顺序可能会调换

2、通过反射的方式

1、类的 newInstance

也就是使用反射的方式，只能调用空参的构造器，权限还必须是 publish

2、构造函数（java.lang.reflect.Constructor）的 newInstance

也是反射的方式，区别是可以调用空参、带参的构造器，权限没有要求，实用性更广

通过反射来创建类对象的实例，有两个步骤：

首先我们得拿到类对象的Class
1. 类.class，如Person.class
2. 对象.getClass()
3. Class.forName(“类全路径”)
通过反射创建类对象的实例对象
1. Class.newInstance()
2. 调用类对象的构造方法

举例说明示例：

public class Person {private String name;private int age;public Person() {}public Person(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}@Overridepublic String toString() {return "Person{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +'}';}}

使用Class.newInstance()创建对象：

public class ClassNewInstance {public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, InstantiationException {Person person = Person.class.newInstance();person.setAge(18);person.setName("酸辣汤");System.out.println(person);}}

注意：newInstance创建对象实例的时候会调用无参的构造函数，所以必需确保类中有无参数的可见的构造函数，否则将会抛出异常。

调用类对象的构造方法——Constructor

Constructor是Java反射机制中的构造函数对象，获取该对象的方法有以下几种：

Class.getConstructors():获取类对象的所有可见的构造函数
Class.getConstructor(Class… paramTypes):获取指定的构造函数

获取类对象所有的构造方法并遍历：

public class ConstructorInstance {public static void main(String[] args) {Class p = Person.class;for(Constructor constructor : p.getConstructors()){System.out.println(constructor);}}}

获取指定的构造方法

通过Class.getConstructor(Class… paramTypes)即可获取类对象指定的构造方法，其中paramTypes为参数类型的Class可变参数，当不传paramTypes时，获取的构造方法即为默认的构造方法。

public class ConstructorInstance {public static void main(String[] args) throws Exception {Class p = Person.class;//获取默认的构造方法Constructor constructor1 = p.getConstructor();//获取指定的构造方法Constructor constructor2 = p.getConstructor(String.class,int.class);System.out.println(constructor1);System.out.println(constructor2);}}

通过构造方法创建对象

Constructor对象中有一个方法newInstance(Object … initargs)，这里的initargs即为要传给构造方法的参数，如Person(String,int)，通过其对应的Constructor实例，调用newInstance方法并传入相应的参数，即可通过Person(String,int)来创建类对象的实例对象。
测试代码如下：

3、使用 clone

不调用任何构造器，当前类需要实现Cloneable接口，实现clone()，默认浅拷贝。

import java.util.Map;/*** <p></p>** @author lyb 2045165565@qq.com* @createDate 2024/3/4 20:23*/
public class CloneClassExample implements Cloneable{/*** 字符串*/private String str;/*** Map 对象*/private Map<String, String> map;public CloneClassExample(String str, Map<String, String> map) {this.str = str;this.map = map;}@Overridepublic Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}@Overridepublic String toString() {return "CloneClassExample{" +"str='" + str + '\'' +", map=" + map +'}';}
}import com.google.common.collect.Maps;import java.util.HashMap;/*** <p></p>** @author lyb 2045165565@qq.com* @createDate 2024/3/4 20:19*/
public class TestCode {public static void main(String[] args) {HashMap<String, String> map = Maps.newHashMap();map.put("key1","value1");map.put("key2","value1");CloneClassExample cloneClassExample = new CloneClassExample("A", map );try {CloneClassExample clone = (CloneClassExample) cloneClassExample.clone();System.out.println("原来对象 \t" + cloneClassExample);System.out.println("clone对象 \t" + clone);} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}}
}

执行后的输出结果如下所示：

Connected to the target VM, address: '127.0.0.1:56449', transport: 'socket'
原来对象 	CloneClassExample{str='A', map={key1=value1, key2=value1}}
clone对象 	CloneClassExample{str='A', map={key1=value1, key2=value1}}
Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:56449', transport: 'socket'

4、使用反序列化

从文件中、数据库中、网络中获取一个对象的二进制流，反序列化为内存中的对象。

序列化是干什么的？

简单说就是为了保存在内存中的各种对象的状态(也就是实例变量，不是方法)，并且可以把保存的对象状态再读出来。虽然你可以用你自己的各种各样的方法来保存object states，但是Java给你提供一种应该比你自己好的保存对象状态的机制，那就是序列化。

一句话概括：序列化是指将对象的状态信息转换为可以存储或传输的形式的过程。java中要序列化的类必要实现Serializable接口。

什么情况下需要序列化

a)、当你想把的内存中的对象状态保存到一个文件中或者数据库中时候;

b)、当你想用套接字在网络上传送对象的时候;
c)、当你想通过RMI（远程方法调用）传输对象的时候;

举例说明：

import java.io.Serializable; public class Person implements Serializable { int age; int height; String name; public Person(String name, int age, int height){ this.name = name; this.age = age; this.height = height; } }

进行对象的序列号与反序列化操作：

import java.io.FileInputStream;import java.io.FileOutputStream;import java.io.IOException;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.ObjectOutputStream;public class MyTestSer {/*** Java对象的序列化与反序列化*/public static void main(String[] args) {Person zhangsan = new Person("zhangsan", 30, 170);Person lisi = new Person("lisi", 35, 175);Person wangwu = new Person("wangwu", 28, 178);try {//需要一个文件输出流和对象输出流；文件输出流用于将字节输出到文件，对象输出流用于将对象输出为字节 ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("person.ser"));out.writeObject(zhangsan);out.writeObject(lisi);out.writeObject(wangwu);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("person.ser"));Person one = (Person) in.readObject();Person two = (Person) in.readObject();Person three = (Person) in.readObject();System.out.println("name:" + one.name + " age:" + one.age + " height:" + one.height);System.out.println("name:" + two.name + " age:" + two.age + " height:" + two.height);System.out.println("name:" + three.name + " age:" + three.age + " height:" + three.height);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}

5、第三方库用法

需要在不调用构造函数的情况下实例化对象是一项相当特殊的任务，但是在某些情况下这是有用的：

序列化，远程调用和持久化-对象需要被实例化并恢复到特定的状态，而不需要调用代码
代理、 AOP 库和 mock 对象-类可以被子类继承而子类不用担心父类的构造器
容器框架-对象可以以非标准的方式动态地实例化

比如sun.misc.Unsafe中提供allocateInstance方法，仅通过Class对象就可以创建此类的实例对象，而且不需要调用其构造函数、初始化代码、JVM安全检查等。它抑制修饰符检测，也就是即使构造器是private修饰的也能通过此方法实例化，只需提类对象即可创建相应的对象。由于这种特性，allocateInstance在java.lang.invoke、Objenesis（提供绕过类构造器的对象生成方式）、Gson（反序列化时用到）中都有相应的应用。

package cn.eft.llj.unsafe;
import java.lang.reflect.Field;import sun.misc.Unsafe;
public class Demo9 {static Unsafe unsafe;static {//获取Unsafe对象try {Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");field.setAccessible(true);unsafe = (Unsafe) field.get(null);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}static class C1 {private String name;private C1() {System.out.println("C1 default constructor!");}private C1(String name) {this.name = name;System.out.println("C1 有参 constructor!");}public void test(){System.out.println("执行了test方法");}}public static void main(String[] args) throws InstantiationException {C1 c= (C1) unsafe.allocateInstance(C1.class);System.out.println(c);c.test();}
}

1.2、创建对象的步骤

1、字节码角度

下面从最简单的 Object ref = new Object()；代码进行分析，利用 javap -verbose -p 命令查看对象创建的字节码如下：

NEW ：如果找不到Class对象，则进行类加载。加载成功后，则在堆中分配内存，从Object 开始到本类路径上的所有属性值都要分配内存。分配完毕之后，进行零值初始化。在分配过程中，注意引用是占据存储空间的，它是一个变量，占用4个字节。这个指令完毕后，将指向实例对象的引用变量压入虚拟机栈顶。

DUP ：在栈顶复制该引用变量，这时的栈顶有两个指向堆内实例对象的引用变量。如果<init> 方法有参数，还需要把参数压人操作栈中。两个引用变量的目的不同，其中压至底下的引用用于赋值，或者保存到局部变量表，另一个栈顶的引用变量作为句柄调用相关方法。

INVOKESPECIAL ：调用对象实例方法，通过栈顶的引用变量调用＜init> 方法。

注意：<clinit> 是类初始化时执行的方法，而<init> 是对象初始化时执行的方法。

2、执行步骤角度

2.1、判断对象对应类是否加载、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类对象。

2.2、为对象分配内存

首先计算对象占用空间大小，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。

注意：选择哪种分配方式由Java堆是否规整决定，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。

2.2.1、指针碰撞

如果内存规整，使用指针碰撞。如果内存是规整的，那么虚拟机将采用的是指针碰撞法（Bump The Pointer）来为对象分配内存。意思是所有用过的内存在一边，空闲的内存在另外一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，分配内存就仅仅是把指针向空闲那边挪动一段与对象大小相等的距离罢了。如果垃圾收集器选择的是Serial、ParNew这种基于压缩算法的，虚拟机采用这种分配方式。一般使用带有compact（整理）过程的收集器时，使用指针碰撞。

2.2.2、空闲列表

如果内存不规整，虚拟机需要维护一个列表，使用空闲列表分配。如果内存不是规整的，已使用的内存和未使用的内存相互交错，那么虚拟机将采用的是空闲列表法来为对象分配内存。意思是虚拟机维护了一个列表，记录上哪些内存块是可用的，再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，并更新列表上的内容。这种分配方式称为“空闲列表（Free List）”。

2.3、处理并发安全问题

在分配内存空间时，另外一个问题是及时保证new对象时候的线程安全性：创建对象是非常频繁的操作，虚拟机需要解决并发问题。虚拟机采用了两种方式解决并发问题:

CAS ( Compare And Swap ）失败重试、区域加锁：保证指针更新操作的原子性;
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，称为本地线程分配缓冲区，（TLAB ，Thread Local Allocation Buffer）虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定。

2.4、初始化分配到的空间

内存分配结束，虚拟机将分配到的内存空间都初始化为零值（不包括对象头）。这一步保证了对象的实例字段在Java代码中可以不用赋初始值就可以直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

2.5、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。

2.6、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（由字节码中是否跟随有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全创建出来。

2、对象的内存布局

2.1、对象头（Header）

对象头主要包含两部分，分别是运行时元数据以及类型指针：

一个是对象自身的运行时元数据(mark word)。
- 哈希值(hashcode)：对象在堆空间中都有一个首地址值，栈空间的引用根据这个地址指向堆中的对象，这就是哈希值起的作用
- GC分代年龄：对象首先是在Eden中创建的，在经过多次GC后，如果没有被进行回收，就会在survivor中来回移动，其对应的年龄计数器会发生变化，达到阈值后会进入养老区
- 锁状态标志，在同步中判断该对象是否是锁
- 线程持有的锁
- 线程偏向ID
- 偏向时间戳
另一个是类型指针，指向元数据区的类元数据InstanceKlass，确定该对象所属的类型
此外，如果对象是一个数组，对象头中还必须有一块用于记录数组的长度的数据。因为正常对象元数据就知道对象的确切大小。所以数组必须得知道长度。