对象的创建过程

1. 类加载检查

虚拟机遇到new指令的时候，首先去检查这个指令的参数能否在常量池中定位到一个符号引用，并检查这个符号引用所代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有，则执行相应的类加载过程。

2. 分配内存

对象所需内存大小在类加载完成后便可以完全确定，分配内存相当于在堆中划分出一块大小确定的内存出来给对象。

划分内存的方法

1、指针碰撞(Bumo the Pointer)，是jvm默认的。
如果Java堆中内存是规整的，就是利用一个指针作为分界点，把空闲区域和非空闲区域区分开，划分内存的时候，将指针往空闲区域移动与对象所需内存大小相等的距离。
2、空闲列表(Free List)
如果Java堆中内存是不规整的，对象在堆内存里无规律的存放，不知道哪块空闲，哪块已被占用了，因此虚拟机必须维护一个列表，记录哪块内存是空闲的，划分内存的时候，依次和列表上的内存块比较，知道找到一块足够大的空间给对象。
两者都存在并发问题，不管哪种，都存在多线程下给对象分配内存，可能会对同一位置做争抢。

解决划分时的并发问题

1、CAS(compare and swap)+失败重试：
CAS+失败重试保证更新操作的原子性来对分配内存空间的动作做同步处理。
多线程一起抢，抢到就用，没抢到就抢下一块内存空间。
2、TLAB(Thread Local Allocation Buffer)本地线程分配缓冲，java8默认开启。
把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程对象会在Java堆中预先分配一小块内存，供这个线程对象自己使用，如果放不下，再走CAS。
通过XX:+/UseTLAB参数来设定虚拟机是否使用TLAB(JVMXX:TLABSize指定TLAB大小。

3. 初始化

内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间初始化为零值（不包括对象头），如果使用TLAB，这一工作过程也可以提前至TLAB分配时进行。初始化操作会对象的成员变量赋初值。这一步操作保证了对象的实例字段在Java代码中可以不赋初始值就直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

4. 设置对象头

完整的对象在内存(堆)中的布局

一个完整的对象在内存中的布局有三块区域：对象头、实例数据、对齐填充。

对象头

对象头的三个组成部分

1、MarkWord标记字段
32位占4字节，64位占8字节，存储自身运行时数据，例如哈希值，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。
2、Klass Pointer类型指针
64位占8字节,开启压缩占4字节，不开启则8字节，这个指针指向方法区中类元数据(类加载时，类信息存放在了方法区)，通过这个类型指针可以确定对象是哪个类的实例。
问题：方法区中的类信息和堆中的类对象关系？
堆中类对象可以看做是方法区中的类信息的镜像，在类信息中存放着类的整个代码信息，这个是c++实现的，而Java开发人员如果想访问类信息，可以通过类对象来访问，以反射方式，获取Class对象.获取类中方法等。
3、数组长度
只有数组对象才有，占4字节。

实例填充

64位占8字节(开启压缩占4字节，不开启则8字节)，实例数据指的是对象中的成员变量，如果是简单类型，则直接存对象本身，如果是非简单类型，则保存对象的指针(引用)；

对齐填充

对于64位Java虚拟机来说，任何非简单类型对象必须满足8字节(64bit)对齐，即对象大小必须为8byte整数倍，如果不满足，则通过额外空间进行填充，比如对象空间大小只有12Byte，则需要补齐到16Byte。
问题：对齐填充的好处？
好处就是因为保证了Java对象的大小始终是8字节的整数倍，那么可以把堆内存进行8字节划分，就好像是将其按8字节划分为一个一个格子，这样对象引用可以直接指向格子的序号，而不是表示为对象的内存地址的范围，大大提升寻址效率。
(知道为什么数组可以用下标直接读取数据吗？就是因为每个对象大小一样且挨在一起)。

5. 执行<init>方法

执行<init>方法，即对象按照程序员的意愿进行初始化和执行构造方法。就是为属性赋值（这与上面的赋零值不同，这是由程序员赋的值）。

指针压缩

什么是Java对象的指针压缩

指针压缩可以把64位平台下，对象的内存地址从8字节压缩到4字节；
在64bit操作系统中，JVM支持指针压缩；
启用指针压缩:XX:+UseCompressedOops(默认开启)，禁止指针压缩:XX:UseCompressedOops

为什么要进行指针压缩

计算机的操作系统有32位和64位之分，这个位其实指的是CPU向内存对象的寻址能力。
32位就是32bit，最大寻址空间为2^{32=4G；64位最大寻址空间就是：2}64=16777216TB，几乎无穷大。
在64位的虚拟机中，对象头的标记字段占64位，而类型指针又占64位。也就是说一个对象额外占用的字节就是16个字节。
而如何找到目标对象，靠的是指针(Java叫引用)（对象的内存地址），在64位平台下，指针大小是64bit，即8byte，64位过长，如果不开启指针压缩的话，指针移动的时候会占用较大的带宽，同时GC的可能性会增加。
步入正题：
开启指针压缩，目的是将对象的内存地址从8字节压缩为4字节，也就是对象引用在堆中是按32位存储的，而不再是64位。这样原本的8byte可以表示两个对象（不开启指针压缩，64位，即8byte只能表述一个对象），相较于64位的指针，可以减少内存的消耗，支持更大的内存配置。
ps：
堆内存小于4G时，不需要启用指针压缩，jvm会直接去除高32位地址，即使用低虚拟地址空间。
当JVM的堆内存一旦超过32G，其指针压缩功能则自动失效。

为什么堆内存超过32G会失效

角度1

对象引用在堆中的地址是按32位存储的，而它的真实地址，即在寄存器中的地址是按35位存储的，也就是在开启压缩指针情况下，因为对象引用的32位二进制的后三位始终是0（因为它们始终可以被8整除），引用被存入64位的寄存器时，JVM将其32位二进制的后三位左移3位(相当于末尾添加3个0)，因此在寄存器中是35位，这也意味着32位的指针在内存中的寻址空间可最大达到2的35次方=32G（如果不开启指针压缩，那么寻址空间最大就是2的32次方=4G）。

角度2

开启了指针压缩后，引用所代表的的就不再是引用对象的实际内存地址，而是一个相对地址（映射地址编号）。
能使用相对地址，是因为Java对象可以进行对齐填充，从而可以把堆内存进行8字节划分。
这样堆中32位的指针可以表示出2^32个地址，而每个地址又对应8byte的内存块。
所以可表示出2^32*8=32G的内存空间。
根据指针计算内存的实际地址的公式近视为：内存地址(字节单位) = jvm内存偏移量 + 指针 * 8。

对象内存分配

创建一个对象的时候先考虑能否在栈上分配，如果能在栈上分，JVM不会创建对象，而是在栈上通过标量替换存放，随着栈帧的出栈而销毁，如果不能栈上分配，判断是否是大对象，如果是大对象，那么就直接移动到堆的老年代存放，如果不是大对象，判断能否在TLAB上进行分配，如果能分配就在Eden区的TLAB上进行分配，如果不能，就在Eden区进行CAS + 失败重试进行分配，对于存放在Eden区的对象，在经历了MinorGC之后，如果存活下来会被移动到Survivor区，并且分代年龄加1，每次Minor GC存活都会被移动到空的Survivor区的那部分并且分代年龄都会加1，当分代年龄达到了阈值，就会被移动到老年代。

对象在栈上分配

栈上分配依赖于逃逸分析和标量替换

逃逸分析

逃逸分析就是判断一个对象能否直接在栈上分配内存。
正常下new一个对象应当在堆上给对象分配内存空间，但如果一个对象只作用在某一个方法中，超出这个方法这个对象便无法再被引用了，也就是说这个对象的作用范围从未逃出这个方法。那么可把这个对象通过标量替换直接分配到方法自己的栈帧内存中，当方法调用结束，栈帧出栈，这个对象也被随之释放。
java7后默认开启了逃逸分析。
开启逃逸分析参数(-XX:+DoEscapeAnalysis)，关闭使用参数(-XX:-DoEscapeAnalysis)
逃逸分析是为了减少在堆上分配对象，减轻GC压力，如果把这个对象分配到堆上，方法结束后，对象依旧存在，但已成为垃圾对象，而只能通过GC来释放。

标量替换

一个对象经过逃逸分析后确定可以在栈上分配，因为对象分配需要一块连续的内存空间，而栈帧空间本身不大。通过标量替换将对象分解，将对象的成员变量分开存放，会有一个地方标识它属于哪个对象。这样就不会因为没有足够而连续的内存空间导致对象无法分配。
开启标量替换参数(-XX:+EliminateAllocations)，JDK7之后默认开启。

标量与聚合量

标量：不可被进一步分解的量，比如基本数据类型以及reference类型
聚合量：标量的对立，即可以被进一步分解的量，例如Java对象。

对象在Eden区分配

大多数情况下，对象在新生代Eden区分配，当Eden区和Survior区默认比例8:1:1
大量的对象被分配在Eden区，Eden区满了后会触发Minor GC，可能会有99%以上的对象成为垃圾被回收掉，剩余存活的对象会被挪到为空的那块Survivor区，下一次Eden区满了后又会触发Minor GC，把Eden区和Survivor区垃圾对象回收，把剩余存活的对象一次性挪动到另外一块为空的Survivor区，因为新生代的对象都是朝生夕死的，存活时间很短，所以JVM默认的8:1:1的比例是很合适的，让Eden区尽量的大，Survivor区够用即可。
JVM默认启动了 AdaptiveSizePolicy(自适应大小策略)，会根据GC的情况自动计算计算 Eden、From 和 To 区的大小。
+XX:-UseAdaptiveSizePolicy 默认开启，会自动调整8:1:1这个比例
-XX:-UseAdaptiveSizePolicy 不调整8:1:1这个比例den区没有足够空间时，触发Minor GC。
Minor GC和Full GC不同：
Minor GC：在新生代区域进行垃圾回收，Minor GC比较频繁，GC时间也较短。
Full GC：会回收老年代，新生代，方法区的垃圾，速度比Minor GC慢十倍以上。

大对象直接进入老年代

大对象是需要大量连续内存空间，比如字符串、数组。
JVM参数-XX:PretenureSizeThreshold可以设置大对象的大小，如果对象超过这个阈值就会直接进入老年代，不会进入年轻代，这个参数只在Serial和parNew两个收集器下有效
为什么只有Serial和parNew这两个收集器才生效
因为这两个垃圾收集器采用的是复制算法，为了避免大对象分配内存时的复制操作而效率降低。

长期存活的对象直接进入老年代

既然虚拟机采用了分代收集的思想来管理内存，那么内存回收时就必须能识别哪些对象应放在新生代，哪些对象应放在老年代中。为了做到这一点，虚拟机给每个对象一个对象年龄（Age）计数器。如果对象在Eden出生并经过第一次MinorGC后仍然能够存活，并且能被Survivor容纳的话，将被移动到Survivor空间中，并将对象年龄设为1。对象在Survivor中每熬过一次MinorGC，年龄就增加1岁，当它的年龄增加到一定程度（默认为15岁，CMS收集器默认6岁，不同的垃圾收集器会略微有点不同），就会被晋升到老年代中。对象晋升到老年代的年龄阈值，可以通过参数-XX:MaxTenuringThreshold来设置。

对象动态年龄判断

Survivor区存活下的前n代对象的内存总和超过了Survior区大小的50%，那么第n代对象和第n+代对象直接进入老年代。
目的：希望那些可能是长期存活的对象，尽早进入老年代。对象动态年龄判断机制一般是在minorgc之后触发的。
50%(-XX:TargetSurvivorRatio可以指定)
导致Full GC的原因主要和对象动态年两判断机制有关
如何优化：
方法1、调大Surivor区大小
方法2、调大整个年轻代大小
年轻代大了，对应的Eden区和Survior区都大了，那么放满Eden区从而触发Minor GC的时间就长了，在这一过程中可能很多对象就会变成垃圾，例如大量用户下单的时候，创建订单的线程几秒就可以结束掉，而Eden区放满需要一定时间，这段时间足够很多线程对象变成垃圾，最终Minor GC会回收很多垃圾对象，年轻代便又有足够的空间放新产生的对象。

老年代空间分配担保机制

年轻代每次Minor GC之前JVM都会计算下老年代剩余可用空间，如果这个可用空间大于年轻代里现有的所有对象大小之和(包括垃圾对象)，就会触发Minor GC，如果小于，看“-XX:-HandlePromotionFailure”(jdk1.8默认就设置了)的参数是否设置了，如果有这个参数，就会看老年代的可用内存大小，是否大于之前每一次Minor GC后进入老年代的对象的平均大小。如果是小于或者之前说的参数没有设置，那么就会触发一次Full GC，如果回收完还是没有足够空间存放新的对象就会发生"OOM"。当然，如果Minor GC之后，存活对象大小大于了Survivor区域的大小，也大于了老年代可用内存的大小，那么也会触发Full GC，Full GC完之后如果还是没有空间放Minor GC之后的存活对象，则也会发生“OOM”。

对象内存回收

堆中几乎放着所有的对象实例，对堆垃圾回收前的第一步就是要判断哪些对象已经死亡（即不能再被任何途径使用的对象）。
如何判断哪些对象已经死亡？
1、引用计数器：
给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它，计数器加一，当引用失效，计算器减一。计数器为0，表示对象没有再被使用。
这种方式简单高效，但很难解决对象之间互相循环引用的问题。
2、可达性分析算法：
以GC Roots对象为起点，找到的所有引用的对象都标记为非垃圾对象，最终未被标记的就是垃圾对象。
GC Roots根节点一般是：现成的本地变量，静态变量，本地方法栈的变量。
finalize方法最终判定对象是否存活：
没有在任何引用链上的对象，并非一定被回收，最终决定对象是否存活，至少要经历再次标记过程。
以下标记的对象是没有在GC Roots的引用链上的对象
第一次标记并进行筛选：筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法，没有则直接被回收。
第二次标记：如果对象重写了finalize()方法，对象可以在未被回收前进行自救。
自救的方法是，在finalize()中重新与引用链上任何一个对象建立关联即可，例如把自己赋值给某个类变量或对象的成员变量。
这样第二次标记时会把这个对象移出“即将回收的集合”，如果没有自救，那么也直接被回收。
ps:一个对象的fianlize()方法只会执行一次，通过finalize()自救的机会只有一次。

常见的引用类型

强引用：强引用的对象一般不会被GC回收，例如new出来的对象属于强引用。
软引用：用SoftReference类型的对象包裹着的对象。正常情况下不会被回收，但GC之后还内存不足的话会回收软引用对象，如果还不足，OOM。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。
弱引用：用WeakRerence类型的对象包裹的对象。软引用和没引用差不多，GC回收时会直接将其回收。
虚引用：幽灵引用或幻影引用，最弱的一种引用，几乎不用。

如何判断一个类是无用的类

方法区主要回收无用的类。
满足三个条件才是无用的类：
1、该类的所有实例已经被回收了，即堆中不存在该类的任何实例。
2、加载该类的类加载器已经被回收了。事实上，有的类加载器不可能会被回收，而tomcat有很多自定义的类加载器可以被回收，例如jsp 热加载生成的类加载器。
3、该类的java.lang.Class对象已经没有任何地方在引用它，即无法再通过反射访问这个类的方法。

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