JVM源码分析之Java对象头实现

发布于: 1 小时前
JVM源码分析之Java对象头实现

原创申明:本文由公众号【猿灯塔】原创,转载请说明出处标注

“365篇原创计划”第十一篇。

今天呢!灯塔君跟大家讲:

JVM源码分析之Java对象头实现

HotSpot虚拟机中,对象在内存中的布局分为三块区域:对象头、实例数据和对齐填充。

对象头

对象头包括两部分:Mark Word 和 类型指针。

Mark Word

Mark Word用于存储对象自身的运行时数据,如哈希码(HashCode)、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等等,占用内存大小与虚拟机位长一致。

类型指针

类型指针指向对象的类元数据,虚拟机通过这个指针确定该对象是哪个类的实例。

markOop实现

HotSpot通过markOop类型实现Mark Word,具体实现位于markOop.hpp文件中。

由于对象需要存储的运行时数据很多,考虑到虚拟机的内存使用,markOop被设计成一个非固定的数据结构,以便在极小的空间存储尽量多的数据,根据对象的状态复用自己的存储空间,32位虚拟机的markOop实现如下:

hash: 保存对象的哈希码

age: 保存对象的分代年龄

biased_lock: 偏向锁标识位

lock: 锁状态标识位

JavaThread:* 保存持有偏向锁的线程ID

epoch: 保存偏向时间戳

markOop:中不同的锁标识位,代表着不同的锁状态:

不同的锁状态,存储着不同的数据:

markOop中提供了大量方法用于查看当前对象头的状态,以及更新对象头的数据,为synchronized锁的实现提供了基础。

下面来看看代码吧:

首先定义两个简单的类AAA和BBB

通过``javap -c AAA```查看编译之后的字节码,具体如下:

Java中的new关键字对应jvm中的new指令,定义在InterpreterRuntime类中,实现如下:

new指令的实现过程:

1、其中pool是AAA的constant pool,此时AAA的class已经加载到虚拟机中,new指令后面的#2表示BBB类全限定名的符号引用在constant pool的位置;

2、方法pool->klass_at负责返回BBB对应的klassOop对象,实现如下:

如果常量池中指定位置(#2)的数据已经是个oop类型,说明BBB的class已经被加载并解析过,则直接通过(klassOop)entry.get_oop()返回klassOop;否则表示第一次使用BBB,需要解析BBB的符号引用,并加载BBB的class类,生成对应的instanceKlass对象,并更新constant pool中对应位置的符号引用;

3、klass->check_valid_for_instantiation可以防止抽象类被实例化;

4、klass->initialize实现如下:

如果BBB的instanceKlass对象已经初始化完成,则直接返回;否则通过initialize_impl方法进行初始化,整个初始化算法分成11步,具体实现如下:

step1

通过ObjectLocker在初始化之前进行加锁,防止多个线程并发初始化。

step2

step3

如果当前instanceKlass处于being_initialized状态,且被当前线程初始化,则直接返回。

其实对于这个step的处理我有疑问,什么情况会走到这一步?经过RednaxelaFX大大提点,如下情况会执行

step3:

例如A类有静态变量指向一个new B类实例,B类里又有静态变量指向new A类实例,这样外部用A时要初始化A类,初始化过程中又要触发B类初始化,B类初始化又再次触发A类初始化。

如果当前instanceKlass处于fully_initialized状态,说明已经初始化完成,则直接返回;

step5

如果当前instanceKlass处于initialization_error状态,说明初始化失败了,抛出异常。

step6

设置当前instanceKlass的状态为 being_initialized;设置初始化线程为当前线程。

如果当前instanceKlass不是接口类型,并且父类不为空,且还未初始化,则执行父类的初始化。

step8

通过thisoop->callclass_initializer方法执行静态块代码,实现如下:

this_oop->class_initializer()可以获取静态代码块入口,最终通过JavaCalls::call执行代码块逻辑,再下一层就是具体操作系统的实现了。

step9

如果初始化过程没有异常,说明instanceKlass对象已经初始完成,则设置当前instanceKlass的状态为 fully_initialized,最后通知其它线程初始化已经完成;否则执行step10 and 11。

step10 and 11

如果初始化发生异常,则设置当前instanceKlass的状态为 initialization_error,并通知其它线程初始化发生异常。

5、如果instanceKlass初始化完成,klass->allocate_instance会在堆内存创建instanceOopDesc对象,即类的实例化;.

instanceOopDesc

当在Java中new一个对象时,本质是在堆内存创建一个instanceOopDesc对象。

instanceOopDesc在实现上继承自oopDesc,其中oopDesc定义如下:

当然,这只是 oopDesc的部分实现,oopDesc包含两个数据成员:_mark 和 _metadata。

1、_mark是markOop类型对象,用于存储对象自身的运行时数据,如哈希码(HashCode)、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等等,占用内存大小与虚拟机位长一致,更具体的实现可以阅读 《java对象头的HotSpot实现分析》

2、_metadata是一个联合体,其中wideKlassOop和narrowOop都是指向InstanceKlass对象的指针,wide版是普通指针,narrow版是压缩类指针(compressed Class pointer)

instanceOopDesc对象的创建过程

instanceOopDesc对象通过instanceKlass::allocate_instance进行创建,实现过程如下:

1、has_finalizer判断当前类是否包含不为空的finalize方法;

2、size_helper确定创建当前对象需要分配多大内存;

3、CollectedHeap::obj_allocate从堆中申请指定大小的内存,并创建instanceOopDesc对象,实现如下:

4、如果当前类重写了finalize方法,且非空,需要把生成的对象封装成Finalizer对象并添加到 Finalizer链表中,对象被GC时,如果是Finalizer对象,会将对象赋值到pending对象。Reference Handler线程会将pending对象push到queue中,Finalizer线程poll到对象,先删除掉Finalizer链表中对应的对象,然后再执行对象的finalize方法;

365天干货不断微信搜索「猿灯塔」第一时间阅读,回复【资料】【面试】【简历】有我准备的一线大厂面试资料和简历模板

发布于: 1 小时前 阅读数: 13
用户头像

猿灯塔

关注

猿灯塔-做程序员的引导者! 2020.04.02 加入

我们立志作为IT行业知识大海的一座座灯塔,为想在这个行业中奋斗的你们指明正确的方向,引领大家一起前进。

评论 (1 条评论)

发布
用户头像
感谢分享,已为您推荐到InfoQ首页~
23 分钟前
回复
没有更多了
JVM源码分析之Java对象头实现