详解 JVM 中的对象创建过程:类加载检查、内存分配、初始化的完整流程

类加载检查

当JVM遇到new指令时,首先检查该指令参数能否在常量池定位到类的符号引用,并检查该符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化。若类未被加载,需先执行类加载过程。类加载涉及加载、验证、准备、解析和初始化五个阶段,确保类信息正确载入方法区。

内存分配

通过类加载检查后,JVM为新生对象分配内存。分配方式取决于Java堆是否规整:

  • 指针碰撞:堆内存规整时,使用已用和空闲内存间的指针作为分界点,分配内存即移动指针。
  • 空闲列表:堆内存不规整时,虚拟机维护记录可用内存块的列表,分配时从列表中找到足够大的空间。

选择哪种方式由垃圾收集器是否带有空间压缩能力决定。内存分配需保证线程安全,常用CAS加失败重试或TLAB(线程本地分配缓冲区)机制。

内存空间初始化

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不赋初始值也能直接使用。若使用TLAB分配,初始化操作可提前至TLAB分配时进行。

对象头设置

JVM对对象头进行必要设置,包括:

  • 存储对象的类元数据指针(通过指针可确定该对象属于哪个类)
  • 哈希码
  • GC分代年龄
  • 锁状态标志等运行时数据

实例数据填充

从类元数据中获取实例字段信息,按照字段顺序进行赋值。字段的排列顺序会受到虚拟机分配策略参数(FieldsAllocationStyle)和字段在源码中定义顺序的影响。

执行构造函数

最后执行实例构造方法<init>,按程序员意愿初始化对象。这一步会调用父类构造方法,完成实例字段的显式初始化。在Java视角,此时对象才完全创建完成。

指针访问方式

对象创建后,虚拟机栈的引用变量通过以下两种方式访问堆中对象:

  • 句柄访问:在堆中划分句柄池,引用变量存储句柄地址,句柄包含对象实例数据和类型数据各自地址
  • 直接指针:引用变量直接存储对象地址,对象内存布局需包含类型数据指针

HotSpot主要使用直接指针方式,减少一次指针定位开销。

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