JVM对象创建与内存分配机制深度剖析

📌 JVM对象创建与内存分配机制深度剖析

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一、对象创建流程

1. 类加载检查

   • 执行new指令时，检查常量池能否定位到类的符号引用。
   • 若类未加载，先触发类加载过程（加载→验证→准备→解析→初始化）。
   • 对应场景：new关键字、对象克隆、对象序列化。

2. 分配内存

   • 划分内存方法：
     • 指针碰撞（Bump the Pointer）
       堆内存规整时，移动指针划分连续空间（默认方式）。
     • 空闲列表（Free List）
       堆内存不规整时，从空闲列表查找可用内存块。
   • 解决并发问题：
     • CAS + 重试：保证原子性。
     • TLAB（线程本地分配缓冲）：
       为每个线程预分配私有内存区域（参数：-XX:+UseTLAB默认开启，-XX:TLABSize设置大小）。

3. 初始化

   • 内存空间置零（排除对象头），若启用TLAB则提前初始化。
   • 保证字段不赋初值可直接使用（默认零值：int=0，boolean=false等）。

4. 设置对象头（Object Header）

   • 存储内容：
     • Mark Word：运行时数据（哈希码、GC分代年龄、锁状态等）。
     • Klass Pointer：指向类元数据的指针。
   • 内存布局：

     区域	说明	大小（64位系统）
     Mark Word	哈希码、锁状态、GC年龄等	8字节
     Klass Pointer	类元数据指针（压缩后）	4字节（默认开启压缩）
     数组长度（可选）	仅数组对象存在	4字节

   • 锁状态标记示例：

     锁状态	锁标志位	其他存储内容
     无锁	01	哈希码、分代年龄
     偏向锁	01	线程ID、Epoch、分代年龄
     轻量级锁	00	指向栈中锁记录的指针
     重量级锁	10	指向互斥量的指针
     GC标记	11	空

5. 执行<init>方法

   • 按程序员意图初始化对象（显式赋初值、执行构造方法）。

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二、对象大小与指针压缩

1. 测量工具

   <dependency><groupId>org.openjdk.jol</groupId><artifactId>jol-core</artifactId><version>0.9</version>
   </dependency>
   

   ClassLayout layout = ClassLayout.parseInstance(new Object());
   System.out.println(layout.toPrintable());
   

2. 指针压缩（Compressed Oops）

   • 启用参数：-XX:+UseCompressedOops（默认开启），禁用：-XX:-UseCompressedOops。
   • 作用：
     • 64位系统下用32位指针，减少内存占用（降低约1.5倍）。
     • 支持最大堆内存 32GB（超过时指针压缩失效，需用64位地址）。
   • 场景：
     • 堆内存 < 4GB：无需压缩。
     • 堆内存 ≤ 32GB：启用压缩。

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三、对象内存分配策略

1. 栈上分配

   • 条件：
     • 开启逃逸分析（-XX:+DoEscapeAnalysis，默认开启）。
     • 开启标量替换（-XX:+EliminateAllocations，默认开启）。
   • 优化场景：对象未逃逸出方法作用域（如方法内临时对象）。

2. Eden区分配

   • 对象优先在Eden区分配，空间不足触发 Minor GC。
   • Survivor区分配：
     • 默认比例 Eden : Survivor = 8:1:1。
     • 关闭比例自适应：-XX:-UseAdaptiveSizePolicy。

3. 大对象直入老年代

   • 参数：-XX:PretenureSizeThreshold=字节大小（仅Serial/ParNew收集器有效）。
   • 目的：避免大对象复制开销。

4. 长期存活对象晋升老年代

   • 年龄计数器：每熬过1次Minor GC年龄+1。
   • 晋升阈值：
     • 默认 -XX:MaxTenuringThreshold=15（CMS收集器默认为6）。

5. 动态年龄判断

   • Survivor区中同年龄对象总大小 > Survivor区50%时，≥该年龄的对象晋升老年代。
   • 参数：-XX:TargetSurvivorRatio（指定占比阈值）。

6. 老年代空间分配担保

   • 流程：
     1. Minor GC前检查老年代剩余空间是否 > 年轻代对象总大小。
     2. 若不足，检查 -XX:-HandlePromotionFailure 参数。
     3. 老年代空间 < 历次晋升平均大小，触发 Full GC。

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四、对象内存回收

1. 判断对象死亡

   • 引用计数法：存在循环引用问题（JVM未采用）。
   • 可达性分析法：从GC Roots（栈局部变量、静态变量等）向下扫描引用链。

2. 引用类型

   类型	特点
   强引用	普遍对象引用（Object obj = new Object()）
   软引用	SoftReference包裹，内存不足时回收（适合缓存）
   弱引用	WeakReference包裹，下次GC必回收
   虚引用	PhantomReference包裹，用于对象回收跟踪（极少用）

3. finalize() 自救机制

   • 对象首次标记后，若重写finalize()且重新关联引用链，可避免回收（仅一次机会）。

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五、类卸载条件

同时满足以下三点视为无用类：

1. 堆中不存在该类的任何实例。
2. 加载该类的 ClassLoader 已被回收。
3. 该类对应的 java.lang.Class 对象未被引用，无法通过反射访问。

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注：关键参数总结

• 指针压缩：-XX:+UseCompressedOops
• 逃逸分析：-XX:+DoEscapeAnalysis
• 标量替换：-XX:+EliminateAllocations
• 年龄阈值：-XX:MaxTenuringThreshold=15
• 大对象阈值：-XX:PretenureSizeThreshold=1000000

此笔记完整覆盖对象生命周期（创建→分配→回收），可直接用于CSDN博文发布。**以下是根据文档内容整理的详细笔记，已优化为Markdown格式（适用于CSDN编辑器）：

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📌 JVM对象创建与内存分配机制深度剖析

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一、对象创建流程

1. 类加载检查

   • 执行new指令时，检查常量池能否定位到类的符号引用。
   • 若类未加载，先触发类加载过程（加载→验证→准备→解析→初始化）。
   • 对应场景：new关键字、对象克隆、对象序列化。

2. 分配内存

   • 划分内存方法：
     • 指针碰撞（Bump the Pointer）
       堆内存规整时，移动指针划分连续空间（默认方式）。
     • 空闲列表（Free List）
       堆内存不规整时，从空闲列表查找可用内存块。
   • 解决并发问题：
     • CAS + 重试：保证原子性。
     • TLAB（线程本地分配缓冲）：
       为每个线程预分配私有内存区域（参数：-XX:+UseTLAB默认开启，-XX:TLABSize设置大小）。

3. 初始化

   • 内存空间置零（排除对象头），若启用TLAB则提前初始化。
   • 保证字段不赋初值可直接使用（默认零值：int=0，boolean=false等）。

4. 设置对象头（Object Header）

   • 存储内容：
     • Mark Word：运行时数据（哈希码、GC分代年龄、锁状态等）。
     • Klass Pointer：指向类元数据的指针。
   • 内存布局：

     区域	说明	大小（64位系统）
     Mark Word	哈希码、锁状态、GC年龄等	8字节
     Klass Pointer	类元数据指针（压缩后）	4字节（默认开启压缩）
     数组长度（可选）	仅数组对象存在	4字节

   • 锁状态标记示例：

     锁状态	锁标志位	其他存储内容
     无锁	01	哈希码、分代年龄
     偏向锁	01	线程ID、Epoch、分代年龄
     轻量级锁	00	指向栈中锁记录的指针
     重量级锁	10	指向互斥量的指针
     GC标记	11	空

5. 执行<init>方法

   • 按程序员意图初始化对象（显式赋初值、执行构造方法）。

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二、对象大小与指针压缩

1. 测量工具

   <dependency><groupId>org.openjdk.jol</groupId><artifactId>jol-core</artifactId><version>0.9</version>
   </dependency>
   

   ClassLayout layout = ClassLayout.parseInstance(new Object());
   System.out.println(layout.toPrintable());
   

2. 指针压缩（Compressed Oops）

   • 启用参数：-XX:+UseCompressedOops（默认开启），禁用：-XX:-UseCompressedOops。
   • 作用：
     • 64位系统下用32位指针，减少内存占用（降低约1.5倍）。
     • 支持最大堆内存 32GB（超过时指针压缩失效，需用64位地址）。
   • 场景：
     • 堆内存 < 4GB：无需压缩。
     • 堆内存 ≤ 32GB：启用压缩。

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三、对象内存分配策略

1. 栈上分配

   • 条件：
     • 开启逃逸分析（-XX:+DoEscapeAnalysis，默认开启）。
     • 开启标量替换（-XX:+EliminateAllocations，默认开启）。
   • 优化场景：对象未逃逸出方法作用域（如方法内临时对象）。

2. Eden区分配

   • 对象优先在Eden区分配，空间不足触发 Minor GC。
   • Survivor区分配：
     • 默认比例 Eden : Survivor = 8:1:1。
     • 关闭比例自适应：-XX:-UseAdaptiveSizePolicy。

3. 大对象直入老年代

   • 参数：-XX:PretenureSizeThreshold=字节大小（仅Serial/ParNew收集器有效）。
   • 目的：避免大对象复制开销。

4. 长期存活对象晋升老年代

   • 年龄计数器：每熬过1次Minor GC年龄+1。
   • 晋升阈值：
     • 默认 -XX:MaxTenuringThreshold=15（CMS收集器默认为6）。

5. 动态年龄判断

   • Survivor区中同年龄对象总大小 > Survivor区50%时，≥该年龄的对象晋升老年代。
   • 参数：-XX:TargetSurvivorRatio（指定占比阈值）。

6. 老年代空间分配担保

   • 流程：
     1. Minor GC前检查老年代剩余空间是否 > 年轻代对象总大小。
     2. 若不足，检查 -XX:-HandlePromotionFailure 参数。
     3. 老年代空间 < 历次晋升平均大小，触发 Full GC。

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四、对象内存回收

1. 判断对象死亡

   • 引用计数法：存在循环引用问题（JVM未采用）。
   • 可达性分析法：从GC Roots（栈局部变量、静态变量等）向下扫描引用链。

2. 引用类型

   类型	特点
   强引用	普遍对象引用（Object obj = new Object()）
   软引用	SoftReference包裹，内存不足时回收（适合缓存）
   弱引用	WeakReference包裹，下次GC必回收
   虚引用	PhantomReference包裹，用于对象回收跟踪（极少用）

3. finalize() 自救机制

   • 对象首次标记后，若重写finalize()且重新关联引用链，可避免回收（仅一次机会）。

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五、类卸载条件

同时满足以下三点视为无用类：

1. 堆中不存在该类的任何实例。
2. 加载该类的 ClassLoader 已被回收。
3. 该类对应的 java.lang.Class 对象未被引用，无法通过反射访问。

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注：关键参数总结

• 指针压缩：-XX:+UseCompressedOops
• 逃逸分析：-XX:+DoEscapeAnalysis
• 标量替换：-XX:+EliminateAllocations
• 年龄阈值：-XX:MaxTenuringThreshold=15
• 大对象阈值：-XX:PretenureSizeThreshold=1000000