对象创建流程详解
概述
Java对象的创建是一个复杂而精妙的过程。当执行new指令时，JVM会经历五个关键步骤：
建议能够默写出这五个步骤，并理解每步虚拟机做了什么。
Step1：类加载检查
虚拟机遇到new指令时，首先进行类加载检查：
- 检查这个指令的参数能否在常量池中定位到类的符号引用
- 检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化
如果类尚未加载，必须先执行类加载过程。
// new指令触发类加载检查
User user = new User(); // 如果User类未加载，先执行类加载
Step2：分配内存
类加载检查通过后，JVM在堆中为对象分配内存。对象所需内存大小在类加载完成后就已确定。
分配方式
分配方式取决于Java堆是否规整，而堆是否规整又取决于GC收集器是否带压缩整理功能：
指针碰撞(Bump The Pointer)
适用场景：堆内存规整(无内存碎片)
原理：用过的内存放一边，未用的放另一边，中间一个指针作为分界。分配时只需移动指针即可。
使用的GC：Serial、ParNew等
空闲列表(Free List)
适用场景：堆内存不规整(有内存碎片)
原理：维护一个列表，记录哪些内存块可用。分配时从列表中找足够大的内存块。
使用的GC：CMS等
并发安全保障
对象创建是高频操作，在并发环境下需要保证线程安全。HotSpot提供两种方式：
CAS + 失败重试
使用CAS(Compare And Swap)保证更新操作的原子性，失败则重试。
// CAS伪代码
do {
oldValue = memoryPointer;
newValue = oldValue + objectSize;
} while (!CAS(memoryPointer, oldValue, newValue));
TLAB(Thread Local Allocation Buffer)
为每个线程在Eden区预先分配一小块私有内存(TLAB)，线程优先在自己的TLAB中分配对象，无需同步。
TLAB配置：
# 启用TLAB(默认开启)
-XX:+UseTLAB
# 设置TLAB大小
-XX:TLABSize=256k
Step3：初始化零值
内存分配完成后，虚拟机将分配的内存空间初始化为零值(不包括对象头)。
这保证了对象的实例字段在Java代码中不赋初始值就能直接使用。
public class User {
private int age; // 初始化为0
private String name; // 初始化为null
private boolean active; // 初始化为false
private double balance; // 初始化为0.0
public void printAge() {
System.out.println(age); // 输出0，不会报错
}
}
各类型的零值：
| 类型 | 零值 |
|---|---|
| int | 0 |
| long | 0L |
| float | 0.0f |
| double | 0.0d |
| boolean | false |
| char | '\u0000' |
| 引用类型 | null |
Step4：设置对象头
虚拟机对对象进行必要的设置，这些信息存放在对象头(Object Header)：
- 对象是哪个类的实例
- 如何找到类的元数据信息
- 对象的哈希码(懒加载)
- 对象的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
Step5：执行init方法
从虚拟机视角，对象已经创建完成。
但从Java程序视角，对象创建才刚开始。执行new指令后会接着执行<init>方法，按程序员的意愿初始化对象。
public class User {
private String name;
private int age;
// <init>方法由构造方法生成
public User(String name, int age) {
this.name = name; // Step5执行
this.age = age; // Step5执行
}
}
<init>方法包含：
- 成员变量的显式赋值
- 构造代码块
- 构造方法体
public class InitOrderDemo {
// 1. 成员变量显式赋值
private int value = 10;
// 2. 构造代码块
{
System.out.println("构造代码块执行");
}
// 3. 构造方法
public InitOrderDemo() {
System.out.println("构造方法执行");
}
}
创建过程时序
对象创建优化
逃逸分析优化
如果对象未逃逸出方法，JVM可能进行优化：
// 未逃逸，可能被优化
public void process() {
Point p = new Point(1, 2);
int sum = p.x + p.y;
System.out.println(sum);
}
可能的优化：
- 栈上分配：对象在栈上分配，方法结束自动回收
- 标量替换：对象拆解为基本类型，不创建对象
TLAB优化
大部分对象在TLAB中分配，无需同步：
# 打印TLAB信息
-XX:+PrintTLAB
# 输出示例
# TLAB: gc thread: 0x00007f8b1800a800 [id: 12345]
# desired_size: 1048576KB slow allocs: 5
对象创建的字节码
public class User {
private String name;
public User(String name) {
this.name = name;
}
}
对应的字节码：
0: new #2 // class User
3: dup // 复制栈顶引用
4: aload_1 // 加载参数
5: invokespecial #3 // 调用<init>方法
8: areturn // 返回引用
| 指令 | 说明 |
|---|---|
| new | 分配内存，执行Step1-4 |
| dup | 复制引用(一个用于赋值，一个用于调用构造方法) |
| invokespecial | 执行<init>方法，即Step5 |
常见问题
对象一定在堆上分配吗？
不一定。通过逃逸分析，未逃逸对象可能：
- 栈上分配
- 标量替换(不创建对象)
分配内存时如何保证线程安全？
两种方式：
- CAS + 失败重试
- TLAB(线程私有缓冲区)
Step3零值初始化的意义？
保证对象字段有默认值，不需要显式初始化就能使用。
理解对象创建过程，对于分析性能问题、理解内存模型非常重要。