Java 创建对象过程 JVM 内存分配并发安全笔记
一、Java 创建对象的完整过程
Java 中通过 new 创建对象，其背后是 JVM 的一系列操作，主要包括：
1.1 类加载检查
当代码中出现 new 指令时，JVM 首先会检查这个类是否已经被加载、解析和初始化过。
- 若未加载，会触发类加载过程（ClassLoader）。
- 加载后才可以为该类分配内存。
1.2 分配内存
为新对象分配内存空间（位于堆内存），有两种方式：
| 分配方式 | 说明 |
|---|---|
| 指针碰撞（Bump-the-pointer） | 如果内存是规整的（使用 Serial、ParNew 等），通过一个指针一直向后分配即可。 |
| 空闲列表（Free-list） | 若堆空间不规整（比如 CMS），需要维护一个可用内存块的列表，找到合适位置进行分配。 |
1.3 并发安全保障（重点）
在多线程环境下，为对象分配内存可能出现竞争问题（多个线程争抢分配内存）。
JVM 采用了以下几种机制来保证内存分配的并发安全：
1）CAS + 失败重试
- 指针碰撞方式下，使用 CAS（Compare-And-Swap）操作更新指针；
- 若失败（因为有其他线程成功更新了），则重试，直到成功。
2）Tlab（Thread Local Allocation Buffer）线程本地分配缓冲区
- 每个线程会在堆中分配一块小内存作为私有区域，称为 TLAB；
- 在 TLAB 中分配对象几乎不需要加锁，效率高；
- TLAB 用完再申请，或者直接走共享堆的 CAS 方式。
-XX:+UseTLAB参数用于开启 TLAB（默认开启）。
1.4 对象初始化
JVM 完成内存分配后，会进行以下操作：
① 将分配的内存空间清零（不包括对象头）
② 设置对象头（包括哈希码、GC 分代年龄、类型指针等）
③ 执行 <init> 构造方法初始化对象内容
二、JVM 对象分配时的内存结构
对象内存结构包含：
- 对象头（Header）
- Mark Word：存储哈希值、GC 信息、锁状态等；
- Class Pointer：指向对象的类型元数据（即 class 对象）；
- 实例数据（Instance Data）
- 包含类中定义的字段内容；
- 对齐填充（Padding）
- 为了满足内存对齐要求（通常是8字节倍数）。
三、对象创建的 JVM 字节码体现
使用 javap -v 类名.class 查看，可以发现：
new com.example.User
invokespecial #构造方法
其中：
new：分配内存并创建引用；dup：复制栈顶引用；invokespecial：调用构造方法初始化对象。
四、对象创建方式总结
| 方式 | 是否走构造函数 | 是否可控 |
|---|---|---|
new | ✅ 是 | ✅ |
Class.newInstance() | ✅ 是 | ❌（必须有无参构造） |
Constructor.newInstance() | ✅ 是 | ✅（可选构造） |
clone() | ❌ 否（浅拷贝） | ✅ |
| 反序列化 | ❌ 否（自动恢复） | ✅ |
五、拓展：逃逸分析与栈上分配
配合 JIT 编译器优化，对未逃逸的对象可优化为栈上分配，从而避免堆分配和 GC。
需开启参数：
-XX:+DoEscapeAnalysis
-XX:+EliminateAllocations
六、面试高频问题总结
Q1：Java 中 new 一个对象经历了哪些步骤？
- 类加载检查；
- 内存分配（TLAB/CAS）；
- 对象头初始化；
- 构造函数初始化。
Q2：JVM 如何保证对象分配的并发安全？
- TLAB 本地分配；
- CAS 保证共享分配指针的原子性。
Q3：对象是一定分配在堆上吗？
不是。如果开启逃逸分析、对象未逃逸，有可能在栈上分配，提高效率。
参考
《深入理解Java虚拟机》 第三版 - 周志明
https://book.douban.com/subject/34907497/
OpenJDK 官方文档：对象分配与内存布局
https://openjdk.org/
TLAB 配置详解（Oracle 官方）
https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html
Java 内存模型 JSR-133 规范
https://jcp.org/en/jsr/detail?id=133
JVM 源码阅读参考（HotSpot）
https://github.com/openjdk/jdk