对象在 JVM 中的生命周期：从创建到访问的完整历程
在 Java 中，“万物皆对象”，对象是程序运行的核心载体。从对象的创建、内存分配，到在 JVM 中的存储布局，再到如何被访问，每一步都遵循 JVM 的严格规范。本文将详细解析对象在 JVM 中的 “一生”，包括创建方式、JVM 处理流程、内存布局及访问定位机制。
对象的创建方式
Java 中创建对象的方式多样，不同方式对应不同的底层实现，核心区别在于是否依赖构造器、权限要求等：
| 创建方式 | 核心原理 | 特点与限制 |
|---|---|---|
new 关键字 |
直接调用类的构造器 | 最常用，可调用任意权限的构造器（public/protected/private）。 |
Class.newInstance() |
反射调用无参构造器 | 仅支持无参构造器，且构造器必须为 public（JDK 9+ 后放宽限制，但仍需可访问）。 |
Constructor.newInstance() |
反射调用指定构造器 | 支持任意参数的构造器，无权限限制（即使构造器为 private，也可通过反射访问）。 |
clone() 方法 |
复制已有对象的内存数据 | 需实现 Cloneable 接口（否则抛 CloneNotSupportedException），不调用构造器。 |
| 反序列化 | 从字节流恢复对象 | 需类实现 Serializable 接口，不调用构造器，通过输入流重建对象。 |
JVM 中对象的创建步骤
以最常见的 new TestObject() 为例，其在 JVM 中的创建过程可分为 6 个核心步骤，对应字节码指令如下：
1 | 0: new #2 // 步骤1：检查类并分配内存 |
步骤 1：类加载检查（new 指令）
new 指令首先触发类加载检查：
- 从常量池查找
TestObject的符号引用，检查该类是否已完成加载、链接、初始化； - 若未加载，则通过类加载器（双亲委派机制）加载类文件，生成
Class对象（存储在方法区）； - 若类加载失败（如类不存在），抛出
NoClassDefFoundError。
步骤 2：为对象分配内存
类加载完成后，JVM 需为对象分配内存（大小在类加载时已确定）。内存分配有两种算法，取决于堆内存是否规整：
| 算法 | 适用场景 | 核心逻辑 |
|---|---|---|
| 指针碰撞 | 堆内存规整（如 Serial、ParNew 收集器） | 用一个指针划分已用 / 空闲内存，分配时指针向空闲区移动对象大小的距离。 |
| 空闲列表 | 堆内存不规整（如 CMS 收集器） | 维护一张空闲内存块列表，分配时从列表中找到足够大的块划分给对象。 |
解决并发分配问题
对象创建频繁，可能出现多线程同时分配内存的冲突，JVM 采用两种解决方案：
- CAS 同步：对内存分配操作加锁（Compare-And-Swap），保证原子性；
- TLAB（本地线程分配缓冲）：为每个线程预分配一小块 Eden 区内存（默认占 Eden 的 1%），线程优先在自己的 TLAB 中分配，用完后再竞争公共内存（减少锁竞争）。可通过
-XX:+UseTLAB开启（默认开启）。
步骤 3：初始化默认值
内存分配后，JVM 会将对象的实例变量设为默认值（零值）：
- 基本类型：如
int设为 0，boolean设为false； - 引用类型：设为
null。
这一步确保对象在未显式初始化时，实例变量也有合法值（对应类加载的 “准备阶段” 逻辑）。
步骤 4：设置对象头（mark word）
对象头是对象内存的核心元数据，包含两部分：
- Mark Word（标记字段）：存储对象运行时状态，如：
- 哈希值（
hashCode）； - GC 分代年龄（经历 Minor GC 的次数）；
- 锁状态标志（无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁）；
- 偏向线程 ID（偏向锁时）。
- 哈希值（
- 类型指针：指向对象所属类的
Class对象（在方法区），JVM 通过该指针确定对象的类型（如TestObject.class）。
步骤 5：执行 <init> 方法（invokespecial 指令）
invokespecial 指令调用类的构造器 <init> 方法，完成显式初始化：
- 执行实例变量的显式赋值（如
private int a = 10）； - 执行实例代码块（
{ ... }）； - 执行构造器中的逻辑。
这一步将对象从 “默认初始化状态” 转为 “用户期望的初始化状态”。
步骤 6：赋值给引用变量
最后，将对象的引用（内存地址）存入虚拟机栈的局部变量表（如 astore_1 指令将引用存入 Slot 1），至此对象创建完成。
对象的内存布局
对象在堆中的内存布局分为三部分：对象头、实例数据、对齐填充，以 64 位 HotSpot 为例：
1. 对象头（Header）
- Mark Word：8 字节（64 位），存储运行时状态（如锁信息、GC 年龄）；
- 类型指针：8 字节（64 位，开启指针压缩后为 4 字节），指向
Class对象； - 数组长度（仅数组对象）：4 字节，记录数组元素个数（非数组对象无此字段）。
可以使用该方式来查看对象头
2
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6
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
<artifactId>jol-core</artifactId>
<version>0.9</version>
</dependency>
2. 实例数据（Instance Data）
对象的核心数据，存储实例变量（非静态变量），包括：
- 从父类继承的实例变量；
- 自身定义的实例变量。
存储顺序由 JVM 优化决定，默认按 “longs/doubles → ints/shorts/chars → bytes/booleans → references” 排序，以减少内存对齐开销。
3. 对齐填充（Padding）
JVM 要求对象总长度必须是 8 字节的整数倍（内存对齐），若对象头 + 实例数据的长度不足，则用对齐填充补全（无实际意义，仅满足对齐要求）。
示例：一个简单对象的内存布局（64 位，指针压缩开启）
1 | TestObject 对象（总大小 16 字节）： |
对象的访问定位
创建对象后，Java 程序通过栈中的引用（reference） 访问堆中的对象，JVM 有两种访问方式：
1. 句柄访问
- 原理：堆中划分一块 “句柄池”，引用存储句柄地址；句柄包含两部分指针：
- 实例数据指针：指向对象的实例数据（堆中）；
- 类型数据指针：指向对象的类元数据（方法区中）。
- 优点：对象被 GC 移动时（如压缩整理），只需修改句柄的实例数据指针，引用本身不变，稳定且安全。
- 缺点：多一次指针跳转，访问效率略低。
2. 直接指针访问（HotSpot 采用）
- 原理：引用直接存储对象在堆中的内存地址，对象头的类型指针直接指向类元数据。
- 优点：少一次指针跳转，访问速度更快（对象访问频繁，可节省大量开销）。
- 缺点：对象移动时，需同时修改所有引用的地址（依赖 GC 过程中的指针更新）。
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