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JVM源码分析之Java对象的创建过程

于2017-05-10由小牛君创建

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乘着年轻,多学习

接着上篇《JVM源码分析之Java类加载过程》,本文将基于HotSpot实现对Java对象的创建过程进行深入分析。

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

如果当前instanceKlass处于being_initialized状态,且正在被其它线程初始化,则执行ol.waitUninterruptibly等待其他线程完成后通知。

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。

step4

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this_oop->call_class_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;