假设Java堆中内存是绝对规整的,所有被使用过的内存都被放在一边,空闲的内存被放在另一边,中间放着一个指针作为分界点的指示器,分配内存就是仅仅把指针向空闲空间方向移动一段与对象大小相等的距离。这种分配方式叫指针碰撞
如果Java堆中内存是不规整的,已被使用的内存和空闲的内存交错在一起,就没有办法简单的进行指针碰撞了,虚拟机就必须维护一个列表,记录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,这种分配方式叫空闲列表
选择哪种方式由Java堆是否规整决定,而Java堆是否规整由采用的垃圾收集器是否带有空间压缩整理(Compact)决定。
还需要考虑一个问题:对象创建在虚拟机中是一件非常频繁的事情,即使仅仅修改一个指针所指向的位置,在并发情况下也并不是线程安全的,可能出现给正在给对象A分配内存,指针还没来得及修改,对象B就又同时使用了原来的指针来分配内存的情况。解决这个问题有两种方案:一是采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性,另一种是每个线程在Java堆中预先分配一小块内存,称为本地线程分配缓冲(TLAB),哪个线程要分配内存,就在哪个线程的本地缓冲区分配,只有本地缓冲区用完了,分配新的缓存区时才需要同步锁定。虚拟机是否使用TLAB,可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定
在HotSpot虚拟机里,对象在堆内存中的存储布局可以划分为三个部分:对象头(Header),实例数据(Instance Data)和 对齐填充(Padding)
对象头包括两类信息,第一类是用于存储对象自身的运行时数据,如哈希码,GC分带年龄,锁状态标志,线程持有的锁,偏向线程ID,偏向时间戳等。这部分数据的长度在32位和64位(未开启压缩指针)的虚拟机中分别为32比特和64比特,官方称为“Mark Word”。对象需要存储的运行时数据很多,其实已经超过32位或64位bitmap存储的信息,Mark Word被设计成一个有着动态定义的数据结构,能根据对象的状态复用自己的空间
对象头的另一部分是类型指针,即对象指向他的类型元数据的指针,Java虚拟机通过这个指针来确定对象是哪个类的实例。并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针,换句话说,查找对象的元数据信息并不一定要经过对象本身。此外,如果对象是Java数组,那在对象头中还必须有一块用来记录数组长度的数据,因为虚拟机不知道数组长度,无法推断出数组的大小。
对象第三部分是对齐填充,这部分不是必然存在的,也没有特殊含有,例如HotSpot要求对象的大小必须是8字节的整数倍,因此如果对象实例数据部分没有对齐的话,就需要对齐填充来补全
我们的Java程序会通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。这个引用应该怎样定位访问到堆中对象?主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种:
就HotSpot而言,它主要使用直接指针的方式来进行对象访问。
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