一、類加載過程

1. 類加載檢查
   • 當(dāng)Java虛擬機(jī)（JVM）遇到new關(guān)鍵字時(shí)，它會(huì)先檢查要?jiǎng)?chuàng)建的對(duì)象類是否已經(jīng)被加載、鏈接和初始化。如果尚未加載，JVM會(huì)通過類加載器（ClassLoader）加載對(duì)應(yīng)類的.class文件。
2. 類加載
   • 類加載包括三個(gè)子步驟：加載、連接、初始化。
     • 加載：通過權(quán)限定類名，讀取 class 文件內(nèi)容為二進(jìn)制流；二進(jìn)制流轉(zhuǎn)換成方法區(qū)(永久代或元數(shù)據(jù)區(qū))的運(yùn)行時(shí) C++類字節(jié)碼對(duì)象 Klass；最后再在堆上生成一個(gè) Class 對(duì)象，用來間接獲取元數(shù)據(jù)區(qū)的類定義信息，靜態(tài)對(duì)象也保存在 Class 對(duì)象中。
     • 連接：
       • **驗(yàn)證：**驗(yàn)證文件格式、字節(jié)碼元數(shù)據(jù)、語法、符號(hào)引用；
       • 準(zhǔn)備：為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并賦予默認(rèn)初始值（例如0或null），但不會(huì)執(zhí)行任何實(shí)際的初始化代碼。
       • **解析：**將符號(hào)引用替換為直接引用。
     • 初始化：類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值，執(zhí)行靜態(tài)塊；可能涉及父類初始化。
3. 內(nèi)存分配
   • JVM為新創(chuàng)建的對(duì)象分配內(nèi)存空間。對(duì)象內(nèi)存主要包括對(duì)象頭、實(shí)例數(shù)據(jù)以及可能的對(duì)齊填充。
     • 對(duì)象頭：存儲(chǔ)對(duì)象自身的元數(shù)據(jù)如哈希碼、鎖狀態(tài)標(biāo)志、GC分代年齡等信息，以及指向其類元數(shù)據(jù)（Class對(duì)象）的指針。
     • 實(shí)例數(shù)據(jù)：存儲(chǔ)類中定義的字段的實(shí)際數(shù)據(jù)。
     • 對(duì)齊填充：非必須，為了滿足JVM對(duì)內(nèi)存地址對(duì)其的要求而填充的額外空間。
4. 初始化零值：
   • 分配內(nèi)存后，JVM會(huì)對(duì)對(duì)象的所有字段（包括實(shí)例變量）分配默認(rèn)的初始值。
5. 顯式初始化：接下來，如果有在字段聲明時(shí)直接賦予的初始值（例如int a = 10;），這些值會(huì)在構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行前被賦予相應(yīng)的變量。
6. **對(duì)象頭 必要信息設(shè)置 **主要是對(duì)象頭中類的源數(shù)據(jù)信息，哈希碼 ，對(duì)象 GC 分代年齡等。
7. 初始化
   • 構(gòu)造器初始化：調(diào)用類的構(gòu)造方法（即構(gòu)造器）進(jìn)行初始化，執(zhí)行構(gòu)造器中的初始化代碼，此時(shí)才會(huì)給實(shí)例變量賦予程序員指定的初始值。
   • 如果類中有父類并且還沒有被初始化，則先初始化父類。
8. 對(duì)象構(gòu)造完成：
   • 構(gòu)造方法執(zhí)行完畢后，對(duì)象就完全構(gòu)造出來了，可以被程序正常使用。

二、對(duì)象內(nèi)存分配方式

內(nèi)存分配方式根據(jù)不同的收集器策略可分為兩種，不同的收集器的堆內(nèi)存規(guī)整程度不一致所以有兩種分配策略。

指針碰撞 Bump The Pointer

在使用指針碰撞策略時(shí)，Java堆被假設(shè)為一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存空間，被分為已用和未用兩部分，中間由一個(gè)指針作為分界線。當(dāng)新對(duì)象需要內(nèi)存時(shí)，JVM只需將指針向未用空間一側(cè)移動(dòng)與對(duì)象大小相等的距離即可。這種方式適用于使用標(biāo)記-清除或復(fù)制算法的垃圾收集器，因?yàn)檫@些算法能夠整理出連續(xù)的內(nèi)存空間。

空閑列表 Free List

如果Java堆中的內(nèi)存不是連續(xù)的，或者已被使用的內(nèi)存和未被使用的內(nèi)存相互交錯(cuò)（這種情況通常發(fā)生在使用標(biāo)記-整理或分代收集算法的垃圾收集器中），那么空閑列表策略更為適用。在這種情況下，JVM維護(hù)一個(gè)列表來記錄堆中各個(gè)小塊的可用內(nèi)存空間。當(dāng)新對(duì)象需要內(nèi)存時(shí)，JVM會(huì)從列表中找到一個(gè)足夠大的空閑塊分配給對(duì)象，并更新列表。這種方法不需要連續(xù)的內(nèi)存空間，但管理成本相對(duì)較高。

三、內(nèi)存分配的安全問題

堆是線程間共享的一塊兒區(qū)域，所以多個(gè)線程同時(shí)創(chuàng)建對(duì)象時(shí)都涉及對(duì)內(nèi)存空間的申請(qǐng)和分配，那么內(nèi)存分配就可能出現(xiàn)線程安全問題。依賴以下機(jī)制解決多線程安全問題，一種是** CAS 樂觀鎖機(jī)制**，一種是 TLAB 本地線程分配緩沖機(jī)制

Thread Local Allocation Buffer (TLAB) 本地線程分配緩沖：每個(gè)線程有一個(gè)屬于自己的預(yù)分配內(nèi)存空間，JVM 首先通過 CAS 為線程申請(qǐng)一塊兒預(yù)分配內(nèi)存。這樣當(dāng)某個(gè)線程需要申請(qǐng)新的內(nèi)存空間時(shí)首先現(xiàn)在自己的 TLAB 上分配，能減少內(nèi)存分配沖突。后續(xù) TLAB 內(nèi)存不足了才會(huì) CAS 申請(qǐng)一塊兒新的 LATB 或者直接在 Eden 區(qū)直接分配。

Compare-and-Swap (CAS) 在某些JVM實(shí)現(xiàn)中，可能會(huì)使用CAS操作來實(shí)現(xiàn)無鎖的線程安全內(nèi)存分配。CAS是一種硬件級(jí)別的原子操作，允許線程在不加鎖的情況下比較并交換內(nèi)存中的值，從而減少鎖帶來的性能開銷，并能有效防止數(shù)據(jù)競(jìng)爭。

四、對(duì)象如何進(jìn)入老年代

1. 新生代：剛創(chuàng)建的對(duì)象默認(rèn)進(jìn)入新生代的 Eden 區(qū)
2. 進(jìn)入老年代的條件：四種情況
   1. 熬過了多次 minorGC ，每次 MinorGC 過后對(duì)象的年齡就會(huì)+1，存活超過 15 次之后就會(huì)進(jìn)入老年代。該次數(shù)可通過參數(shù)控制 -XX:MaxTenuringThreshold
   2. 動(dòng)態(tài)年齡判斷機(jī)制：MinorGC 后，如果 Survivor 區(qū)中的一批對(duì)象大雨了這塊 Survivor 區(qū)的 50%就會(huì)將大于等于這批對(duì)象年齡最大值的所有對(duì)象直接進(jìn)入老年代。
      1. 舉例 S1 中有 年齡為 1 、2、3、4 的一批對(duì)象，其中 234 年齡的加起來超過 S1 的 50%，那么年齡大于等于 4 的對(duì)象就直接進(jìn)入老年代了。
   3. Serial 和 ParNew 收集器，大對(duì)象直接進(jìn)入老年代。例如大字符串和數(shù)組 可通過-XX:PertenureSizeThreshold 配置 默認(rèn)為 1M
   4. MinorGC 后，存活的對(duì)象太多無法放入 Sruvivor 區(qū)域，會(huì)觸發(fā)空間分配擔(dān)保機(jī)制。將存活的對(duì)象移入老年代

分配擔(dān)保機(jī)制(空間擔(dān)保) Allocation Assurance Mechanism

什么是分配擔(dān)保機(jī)制

在 JVM 中，空間分配擔(dān)保機(jī)制（Space Allocation Guarantee Mechanism）是一種確保在進(jìn)行垃圾收集時(shí)，有足夠的空間來處理對(duì)象晉升和分配的策略。這種機(jī)制主要用于新生代垃圾收集（Minor GC）和老年代垃圾收集（Major GC 或 Full GC）之間的協(xié)調(diào)，以避免出現(xiàn)內(nèi)存不足的情況。

:::success
用老年代的空間，來擔(dān)保新生代的垃圾回收可以成功執(zhí)行并騰出空間。會(huì)將新生代存活的對(duì)象轉(zhuǎn)移到老年代中。保證新分配內(nèi)存能直接成功。

1. young 分區(qū)內(nèi)存不足以創(chuàng)建新對(duì)象

:::

內(nèi)存擔(dān)保的原理

MinorGC前

1. 第一步：判斷老年代可用內(nèi)存是否小于新時(shí)代對(duì)象全部對(duì)象大小，如果小于則繼續(xù)判斷,大于則可進(jìn)行MainorGC
2. 第二步：老年代小于存活對(duì)象，則判斷老年代內(nèi)存是否小于每次MinorGC后進(jìn)入老年代的平均大小
   1. 小于平均大小，則進(jìn)行FullGC,再判斷是否能保存得下存活對(duì)象，放不下則OOM
   2. 大于平均大小，則進(jìn)行MinorGC

MinorGC后

1. 如果存活對(duì)象小于Survivor區(qū)，則直接進(jìn)入Survivor區(qū)
2. 如果存活對(duì)象大于Survivor區(qū)，但是小于老年代可用內(nèi)存，則直接進(jìn)入老年代
3. 如果存活對(duì)象大于Survivor區(qū)，還大于老年代，則嘗試進(jìn)行一次FullGC，F(xiàn)ullGC后再次判斷，如果放不下存活對(duì)象則會(huì)OOM

分配擔(dān)保的配置

1. **-XX:HandlePromotionFailure：**這個(gè)參數(shù)控制是否允許晉升失敗。如果設(shè)置為 true，JVM 會(huì)在 Minor GC 時(shí)嘗試晉升對(duì)象，即使老年代空間不足，也會(huì)嘗試進(jìn)行一次 Minor GC。如果失敗，則觸發(fā) Full GC。這個(gè)參數(shù)在 Java 6 之后已經(jīng)被默認(rèn)取消使用。
2. -XX:PretenureSizeThreshold：這個(gè)參數(shù)指定大對(duì)象直接在老年代分配的大小閾值。超過該閾值的對(duì)象直接分配到老年代，避免在新生代頻繁復(fù)制。
3. **-XX:MaxTenuringThreshold：**這個(gè)參數(shù)控制對(duì)象在新生代中經(jīng)歷多少次 GC 后晉升到老年代。較高的閾值可以減少對(duì)象晉升，但會(huì)增加新生代的 GC 頻率。
4. -XX:TargetSurvivorRatio：這個(gè)參數(shù)控制每次 Minor GC 后目標(biāo)存活區(qū)（Survivor Space）的利用率。JVM 會(huì)根據(jù)這個(gè)參數(shù)調(diào)整對(duì)象晉升的閾值。

五、驗(yàn)證

大對(duì)象直接進(jìn)入老年代

/**
* 測(cè)試：大對(duì)象直接進(jìn)入到老年代
* -Xmx60m -Xms60m -XX:NewRatio=2 -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGCDetails
* -XX:PretenureSizeThreshold
*
*/
public class YoungOldArea {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] buffer = new byte[1024*1024*20]; //20M
    }
}
-XX:NewRatio=2 新生代與老年代比值
-XX:SurvivorRatio=8 新生代中，Eden與兩個(gè)Survivor區(qū)域比值
-XX:+PrintGCDetails 打印詳細(xì)GC日志
-XX:PretenureSizeThreshold 對(duì)象超過多大直接在老年代分配，默認(rèn)值為0，不限制

對(duì)象內(nèi)存分代晉升演示

/*
-Xmx600m -Xms600m -XX:+PrintGCDetails
*/
public class HeapInstance {
  public static void main(String[] args) {
    List<Picture> list = new ArrayList<>();
    while (true){
      try {
        Thread.sleep(20);
     } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
     }
      list.add(new Picture(new Random().nextInt(1024 * 1024)));
   }
 }
}
class Picture{
  private byte[] pixels;
  public Picture(int length){
    this.pixels = new byte[length];
 }
}

通過可視化插件可以看到

1. Eden區(qū)滿了之后，就會(huì)進(jìn)行MinorGC，MinorGC時(shí)會(huì)將Survior放不下的對(duì)象存到old老年代
2. 老年代也滿了之后，發(fā)生了三次MinorGC，未釋放出可用空間后，進(jìn)行了三次FullGc最后拋出了OOM

到此這篇關(guān)于Java對(duì)象創(chuàng)建的過程的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java對(duì)象創(chuàng)建內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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