如何解密Java对象

在Java程序运行过程中时时刻刻都有对象被创建出来，对象的创建方式有很多种，最常见的就是new，其次还有clone和反序列化。下面我们一起来解密对象的创建、内存布局以及如何定位一个对象。

对象创建

当我们在创建对象时，首先会检查创建对象的类能否在常量池中定位到符号引用，并检查符号引用代表的类是否被加载、解析和初始化过，如果没有则必须执行相应的类加载过程(这个后面也会单独写一篇文章讲解)。

对象创建的过程大约有以下几步：

1. 虚拟机为对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成以后便可完全确定。
2. 设置对象必要信息。如对象是哪个类的实例、对象的hash码、对象的GC分代年龄等信息
3. 第三步执行的时候，虚拟机其实认为对象已经创建成功，但是从Java程序的角度并没有完成，下面会接着执行方法，把对象按照编写的代码进行初始化

分配对象内存

为对象分配内存本质上就是从Java堆中划分出一块固定大小的内存给Java对象使用。对象内存分配主要有两种：

• 指针碰撞
• 空闲列表

具体使用哪种方式取决于堆内存是否工整，堆内存是否工整本质又取决于垃圾回收器是否带有压缩整理功能。

指针碰撞的分配方式用于在内存工整的堆中进行对象分配，所有被使用的内存放在一边，未被使用的在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，当为对象分配内存时，只需要将指针往未被使用的一边挪动与对象相等大小的距离就可以。

空闲列表适合在不规整的内存中为对象分配内存，虚拟机为了知道哪些内存区域可用，必须维护一个列表，当进行内存分配时，则在列表中选取一个足够大的空间划分给对象使用。

对象分配在虚拟机中的分配并不是线程安全的，为了解决这个问题，主要有两种解决方法：

• CAS + 失败重试
• TLAB：每个线程预先在Java堆中预先分配一小块内存，称为TLAB（本地线程分配缓冲），哪个线程需要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配。只有TLAB用完了并且分配新的TLAB时需要同步锁定。

对象内存布局

对象在内存中的布局主要有三块：

• 对象头
• 实例数据
• 对齐填充

对象头

对象头主要用来存储两块信息：

• 存储对象自身运行的数据
• 类型指针

对象自身运行时的数据主要包括：哈希码、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。这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机（未开启压缩指针）中分别为32位和64位。

类型指针可以用来确定这个对象是哪个类的实例，但虚拟机的实现不是必须在对象上保留类型指针。

实例数据

实例数据是对象真正存储的有效信息，就是代码中各种类型字段的内容，无论是从父类还是子类中定义的，内容存储的顺序会受到虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中定义顺序的影响。但是相同宽度的字段会分配到一起，在这个前提条件下，子类较窄的变量会插到父类变量的空隙之中。

对齐填充

对齐填充并不是必然存在，由于虚拟机的内存管理要求对象其实地址必须是8字节的整数倍，也就是对象大小必须是8字节的整数倍，因此当对象实例不是8字节的整数倍大小时，需要通过对齐填充补全。

对象访问

对象建立以后我们需要使用它，我们可以通过Java栈上的reference来操作堆上的具体对象，但是如何通过reference来找到具体的对象则是需要我们去解决的，目前主要有两种方式：

• 句柄
• 直接指针

下图是采用句柄的方式去访问对象

下图是采用直接指针的方式去访问对象

 

通过上述两种图的对比，我们可以看出句柄的优势在于栈中的reference存储的内容是稳定的句柄地址，不会因为对象的移动而改变，但访问会逊于直接指针，因为多了一次指针定位的时间开销。

直接指针的访问方式的最大好处就是速度快，节省了一次指针定位的时间开销。