JAVA对象及引用漫谈

石磊
原创 1222       2019-03-27  

JAVA对象和它的内存管理


对象的访问方式

建立对象是为了使用对象,Java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。在Java虚拟机规范里面只规定了 reference类型是一个指向对象的引用,并没有定义这个引用应该通过什么种方式去定位,访问到堆中的对象的具体位置,对象访问方式也是取决于虚拟机实现而定的。主流的访问方式有使用句柄池和直接指针两种。


这两种对象访问方式各有优势,使用句柄来访问的最大好处就是reference中存储的是稳定句柄地址,在对象被移动(垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为)时只会改变句柄中的实例数据指针,而reference本身不需要被修改。使用直接指针来访问最大的好处就是速度更快,它节省了一次指针定位的时间开销,由于对象访问的在Java中非常频繁,因此这类开销积小成多也是一项非常可观的执行成本。从上一部分讲解的对象内存布局可以看出,就虚拟机HotSpot而言,它是使用直接指针方式进行对象访问。


使用句柄方式

Java堆中将会划分出一块内存来作为句柄池,reference中存储的就是对象的句柄地址,而句柄中包含了对象实例数据与类型数据的具体各自的地址信息。如图所示:


直接指针方式

Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息,reference中存储的直接就是对象地址。如图所示:


对象的内存布局

Java对象保存在内存中时,由三部分组成:对象头(Header)、实例数据(Instance Data)、对齐填充字节(Padding)。


一、对象头

Java对象的对象头有三部分组成:Mark Word、对象类型指针、数组长度(只有是数组类型的才有)。


1、Mark Word


  • 用于存储对象自身运行时数据,如HashCode、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。

  • 占用内存为一个机器码,32位系统一个机器码为32位(4字节),64位系统一个机器码为64位(8字节)

  • 关于Mark Word中锁状态,涉及到java锁的相关知识,本篇文章暂不解释,以后有机会再解释。


2、对象类型指针

该指针在32位JVM中的长度是32bit,在64位JVM中长度是64bit。该指针指向方法区的java对象类型的内存地址。

3、数组长度

只有数组对象保存了这部分数据。该数据在32位和64位JVM中长度都是32bit(4字节)。


二、实例数据

实例数据部分是对象真正存储的有效信息,也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承下来的,还是在子类中定义的,都需要记录起来。


三、对齐填充字节

对齐填充字节并不是必然存在的,也没有特别的含义,它仅仅起着占位符的作用。由于HotSpot VM的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍,换句话说,就是对象的大小必须是8字节的整数倍。而对象头部分正好是8字节的倍数(1倍或者2倍),因此,当对象实例数据部分没有对齐时,就需要通过对齐填充来补全。


Java对象的引用方式


强引用

我们使用的大部分的引用都是强引用,这是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用,那就类似于必不可少的生活用品,垃圾回收器绝不会回收它。当内存空间不足,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使程序异常终止,也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足问题。比如Test test = new Test(),String str = “hundsun”。


软引用

如果一个对象只具有软引用,那就类似于可有可无的生活用品。如果内存空间足够,垃圾回收器就不会回收它,如果内存空间不足了,就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它,该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

软引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,如果软引用所引用的对象被垃圾回收,JAVA虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。


弱引用

如果一个对象只具有弱引用,那就类似于可有可物的生活用品。弱引用与软引用的区别在于:只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它 所管辖的内存区域的过程中,一旦发现了只具有弱引用的对象,不管当前内存空间足够与否,都会回收它的内存。不过,由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程, 因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。 

弱引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,如果弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。


虚引用

"虚引用"顾名思义,就是形同虚设,与其他几种引用都不同,虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用,那么它就和没有任何引用一样,在任何时候都可能被垃圾回收。

虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于:虚引用必须和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。当垃圾回收器准备回收一个对象时,如果发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存之前,把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用,来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。程序如果发现某个虚引用已经被加入到引用队列,那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

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