"Java实战指南：详解对象创建过程及常见应用技巧"

前言

在Java中有一句比较流行的话，叫做"万物皆对象"，这是Java语言设计之初的理念之一。我们每天创建很多对象，那你知道Java创建对象的过程以及常用的创建方法吗？

Java创建对象过程主要分为一下六个步骤：

类加载检查、内存分配、处理并发安全问题、初始化分配到的内存、设置对象的对象头、执行 init 方法进行初始化，下面来详细介绍这些步骤。

一、Java创建对象的过程

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 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。

1）如果内存规整：指针碰撞

2）如果内存不规整

虚拟表需要维护一个列表
空闲列表分配

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指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 Compact（整理）过程的收集器时，使用指针碰撞。

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，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，并更新列表上的内容。这种分配方式称为"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。

3、处理并发安全问题

采用 CAS 失败重试、区域加锁保证更新的原子性。

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、初始化分配到的内存

所有属性设置默认值，保证对象实例字段在不赋值时可以直接使用。

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。

类型指针：指向元空间中所属的类(obj.getClass)元信息不是所有对象都有。

HashCode：由于开辟内存空间后，要返回开辟内存首地址，返回给引用变量，所以HashCode存的是这块内存的首地址。

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 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成创建出来。

显示初始化 / 代码块中的初始化和构造器初始化是在这一步实现的。

二、创建对象的常用方法

1、new关键字

这是我们最常见的创建对象的方式，通过这种方式我们还可以调用任意的构造器（无参的和有参的）。

java 复制代码

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person person1 = new Person();
        Person person2 = new Person("fsx", 18);
    }
}

2、反射（2种）

这两种newInstance的方法就是我们所说的反射。Class的newInstance方法内部是调用Constructor的newInstance方法。其实这也是众多框架Spring、Hibernate、Struts等使用后者的方式。

2.1 Class类的newInstance方法

newInstance方法调用无参的构造器创建对象的。

arduino 复制代码

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Person person = Person.class.newInstance();
        System.out.println(person); // Person{name='null', age=null}
    }
}

2.2 Constructor类的newInstance方法

本方法和Class类的newInstance方法很像，但是比它强大很多。java.lang.relect.Constructor类里也有一个newInstance方法可以创建对象。我们可以通过这个newInstance方法调用有参数（不再必须是无参）的和私有的构造函数（不再必须是public）。

ini 复制代码

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 包括public的和非public的，当然也包括private的
        Constructor<?>[] declaredConstructors = Person.class.getDeclaredConstructors();
        // 只返回public的~~~~~~(返回结果是上面的子集)
        Constructor<?>[] constructors = Person.class.getConstructors();

        Constructor<?> noArgsConstructor = declaredConstructors[0];
        Constructor<?> haveArgsConstructor = declaredConstructors[1];

        noArgsConstructor.setAccessible(true); // 非public的构造必须设置true才能用于创建实例
        Object person1 = noArgsConstructor.newInstance();
        Object person2 = declaredConstructors[1].newInstance("fsx", 18);
        System.out.println(person1);
        System.out.println(person2);
    }
}

输出结果：

ini 复制代码

Person{name='null', age=null}

Person{name='fsx', age=18}

两种newInstance方法区别：

1）从包名看，Class类位于java的lang包中，而构造器类是java反射机制的一部分。

2）实现上，Class类的newInstance只触发无参数的构造方法创建对象，而构造器类的newInstance能触发有参数或者任意参数的构造方法。

3）Class类的newInstance需要其构造方法是共有的或者对调用方法可见的，而构造器类的newInstance可以在特定环境下调用私有构造方法来创建对象。

4）Class类的newInstance抛出类构造函数的异常，而构造器类的newInstance包装了一个InvocationTargetException异常。这是封装了一次的结果。即Class类本质上调用了反射包构造器类中无参数的newInstance方法，捕获了InvocationTargetException，将构造器本身的异常抛出。

3、克隆Clone()

无论何时我们调用一个对象的clone方法，JVM就会创建一个新的对象，将前面的对象的内容全部拷贝进去，用clone方法创建对象并不会调用任何构造函数。要使用clone方法，我们必须先实现Cloneable接口并复写Object的clone方法。

java 复制代码

public class Person implements Cloneable {
...
// 访问权限写为public，并且返回值写为person
    @Override
    public Person clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Person) super.clone();
    }
    ...
}

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Person person = new Person("fsx", 18);
        Object clone = person.clone();

        System.out.println(person);
        System.out.println(clone);
        System.out.println(person == clone); //false
    }
}

输出结果：

ini 复制代码

Person{name='fsx', age=18}

Person{name='fsx', age=18}

false

完成了内容的克隆，但是可以发现是个全新的对象，需要注意的是如果Person里有其他对象比如Son，clone克隆后的对象的指针都是指向内存中的同一个Son，这种复制称为浅复制，如果需要clone完成深复制则需要在Son也实现Cloneable接口和重写clone方法。

4、反序列化

当我们序列化和反序列化一个对象，JVM会给我们创建一个单独的对象，在反序列化时，JVM创建对象并不会调用任何构造函数。

为了反序列化一个对象，我们需要让我们的类实现Serializable接口。

ini 复制代码

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Person person = new Person("fsx", 18);
        byte[] bytes = SerializationUtils.serialize(person);

        // 字节数组：可以来自网络、可以来自文件（本处直接本地模拟）
        Object deserPerson = SerializationUtils.deserialize(bytes);
        System.out.println(person);
        System.out.println(deserPerson);
        System.out.println(person == deserPerson);
    }
}

输出结果：

ini 复制代码

Person{name='fsx', age=18}

Person{name='fsx', age=18}

false

**注意：**JDK序列化、反序列化特别特别耗内存。据我测试单单一个如上的Person对象的反序列化，2M的JVM内存都还不够...

总的看来，除了使用new关键字之外的其他方法全部都是转变为invokevirtual（创建对象的直接方法）创建。使用被new的方式转变为两个调用，new和invokespecial（构造函数调用）。

写在后面

在Java中，创建对象的过程和常用方法是非常重要的基础知识，也是面试经常会问到的问题。通过掌握这些内容，我们可以更好地理解面向对象的编程思想，提高我们的编程能力。在实际开发过程中，我们还需要不断地学习和实践，以便更好地应对各种复杂的编程问题。希望本文能对您有所帮助，祝您在面试中取得好成绩！