对象的实例化内存布局与访问定位

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# 对象的实例化

# 对象创建的方式

new：最常见的方式、单例类中调用 getInstance 的静态类方法，XXXFactory 的静态方法。
Class 的 newInstance 方法：在 JDK9 里面被标记为过时的方法，因为只能调用空参构造器，并且权限必须为 public。
Constructor 的 newInstance (Xxxx)：反射的方式，可以调用空参的，或者带参的构造器。
使用 clone ()：不调用任何的构造器，要求当前的类需要实现 Cloneable 接口中的 clone 方法。
使用序列化：从文件中，从网络中获取一个对象的二进制流，序列化一般用于 Socket 的网络传输。
第三方库 Objenesis。

# 对象创建的步骤

# 从字节码看待对象的创建过程

public class ObjectTest {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Object();
    }
}

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 public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=1
         0: new           #2                  // class java/lang/Object
         3: dup           
         4: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         7: astore_1
         8: return
      LineNumberTable:
        line 9: 0
        line 10: 8
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       9     0  args   [Ljava/lang/String;
            8       1     1   obj   Ljava/lang/Object;
}

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public static void main(java.lang.String[]);
- 这定义了一个 main 方法，它是 public （公共的）、 static （静态的），不返回任何值（ void ），并接受一个字符串数组（ java.lang.String[] ）作为参数。
- descriptor: ([Ljava/lang/String;)V 描述了方法签名，表示接受一个字符串数组参数并返回 void。
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
- 这些是访问标志，表明这个方法是公开的（ ACC_PUBLIC ）和静态的（ ACC_STATIC ）。
Code:
- 这部分定义了方法的具体指令。
- stack=2, locals=2, args_size=1
  - stack=2 表示操作栈的最大深度为 2。
  - locals=2 表示局部变量表中有两个变量的空间。
  - args_size=1 表示传入参数的数量为 1（即 String[] args ）。
字节码指令：
- 0: new #2 // class java/lang/Object
  - 在字节码偏移 0 处，创建一个新的 java.lang.Object 对象实例。
- 3: dup
  - 复制栈顶元素，这里是刚创建的对象。
- 4: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
  - 调用 java.lang.Object 的构造方法（ <init> ）来初始化这个新对象。
- 7: astore_1
  - 将栈顶元素（新对象）存储到局部变量表的第 1 个位置（索引从 0 开始，0 是为方法参数预留的）。
- 8: return
  - 方法返回。
LineNumberTable:
- 这是行号表，用于调试，指示源代码行与字节码指令之间的对应关系。
- line 9: 0 表示源代码第 9 行对应字节码偏移 0 处的指令。
- line 10: 8 表示源代码第 10 行对应字节码偏移 8 处的指令。
LocalVariableTable:
- 这是局部变量表，也用于调试，显示局部变量的作用域和位置。
- Start Length Slot Name Signature
  - 0 9 0 args [Ljava/lang/String;
    - args 是方法参数，存储在局部变量表的 0 位置，从字节码偏移 0 开始，作用域长度为 9。
  - 8 1 1 obj Ljava/lang/Object;
    - obj 是一个局部变量，类型为 java.lang.Object ，存储在局部变量表的 1 位置，从字节码偏移 8 开始，作用域长度为 1。

# 从执行步骤看待对象创建过程

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）。
如果该类没有加载，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：采用指针碰撞分配内存
- 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 Point）来为对象分配内存。
- 意思是所有用过的内存在一边，空闲的内存放另外一边，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往空闲内存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 Compact（整理）过程的收集器时，使用指针碰撞。
- 标记压缩（整理）算法会整理内存碎片，堆内存一存对象，另一边为空闲区域。
如果内存不规整
- 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。这种分配方式成为了 “空闲列表（Free List）”。
- 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。
- 标记清除算法清理过后的堆内存，就会存在很多内存碎片。

3、处理并发问题

采用 CAS + 失败重试保证更新的原子性。
每个线程预先分配 TLAB - 通过设置 -XX:+UseTLAB 参数来设置（区域加锁机制）。
在 Eden 区给每个线程分配一块区域。

4、初始化分配到的空间

所有属性设置默认值，保证对象实例字段在不赋值可以直接使用。
给对象属性赋值的顺序：
- 属性的默认值初始化。
- 显示初始化 / 代码块初始化（并列关系，谁先谁后看代码编写的顺序）。
- 构造器初始化。

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 init 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。

  /**
   * 测试对象实例化的过程
   *  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 设置对象头的信息 - ⑥ 属性的显式初始化、代码块中初始化、构造器中初始化
   *
   *
   *  给对象的属性赋值的操作：
   *  ① 属性的默认初始化 - ② 显式初始化 / ③ 代码块中初始化 - ④ 构造器中初始化
   */
  public class Customer{
      int id = 1001;
      String name;
      Account acct;
  
      {
          name = "匿名客户";
      }
      public Customer(){
          acct = new Account();
      }
  
  }
  class Account{
  
  }

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  //在执行 new Customer()的时候调用了 Customer 类中的构造方法
  public class CustomerTest {
      public static void main(String[] args) {
          Customer cust = new Customer();
      }
  }

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  0 new #2 <com/dfd/jvm/chapter10/Customer>
  3 dup
  4 invokespecial #3 <com/dfd/jvm/chapter10/Customer.<init> : ()V> //调用实例方法；直接调用实例初始化方法和当前类及其超类型的方法
  7 astore_1
  8 return

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 0 aload_0
 1 invokespecial #1 <java/lang/Object.<init> : ()V>
 4 aload_0
 5 sipush 1001
 8 putfield #2 <com/dfd/jvm/chapter10/Customer.id : I>
11 aload_0
12 ldc #3 <匿名客户>
14 putfield #4 <com/dfd/jvm/chapter10/Customer.name : Ljava/lang/String;>
17 aload_0
18 new #5 <com/dfd/jvm/chapter10/Account>
21 dup
22 invokespecial #6 <com/dfd/jvm/chapter10/Account.<init> : ()V>
25 putfield #7 <com/dfd/jvm/chapter10/Customer.acct : Lcom/dfd/jvm/chapter10/Account;>
28 return

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# 对象的内存布局

以这段代码来演示

/**
 * 测试对象实例化的过程
 *  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 设置对象头的信息 - ⑥ 属性的显式初始化、代码块中初始化、构造器中初始化
 *
 *
 *  给对象的属性赋值的操作：
 *  ① 属性的默认初始化 - ② 显式初始化 / ③ 代码块中初始化 - ④ 构造器中初始化
 */
public class Customer{
    int id = 1001;
    String name;
    Account acct;

    {
        name = "匿名客户";
    }
    public Customer(){
        acct = new Account();
    }

}
class Account{

}