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  • 关于JAVA new Object() 新建对象的几个问题 问题1:对象的创建过程 第一行汇编码,申请空间,并初始化成员变量为默认值(半初始化) 第二行:dup 复制 (因为第三行的invokespecial会消耗一个引用,所以必须先复制...

    关于JAVA new Object() 新建对象的几个问题

    问题1:对象的创建过程

    在这里插入图片描述
    第一行汇编码,申请空间,并初始化成员变量为默认值(半初始化)
    第二行:dup 复制 (因为第三行的invokespecial会消耗一个引用,所以必须先复制一个)
    第三行:调用T的 构造方法,初始化m为8
    第四行:astore-1 把t和new的对象连接起来

    第二题: 单例模式:应用运行期间内存中只能有一个对象

    第一种写法:一来先new一个private static 的对象,将构造方法设为 private ,设置一个public函数getInstance来获取这个对象
    在这里插入图片描述
    第二种写法:
    要在需要的时候才new这个对象,先不new,等到需要的时候new。 getInstance的时候判断对象是否为空,不是空就直接get. 但是这种方法是线程不安全(多线程同时访问时可能会有多个new)
    在这里插入图片描述

    解决方法:getInstance上锁(synchronized):整个方法加锁,锁粒度太粗。因为整个方法都拒绝多线程访问,若方法中含有较多业务代码,效率会很低。
    在这里插入图片描述
    解决方法,只对对象为空时的代码同步:
    在这里插入图片描述
    但是在一个线程判断对象为空后,获得锁之前,可能已经有另外一个线程把对象给new出来了。所以有最后的写法(DCL, double check lock):
    在这里插入图片描述
    判断两次INSTANCE是否为空(上锁前后)

    回到问题:DCL中需不需要加volatile?
    在这里插入图片描述

    volatile 的两个功能:

    1. 线程可见性
    2. 禁止指令重排序

    回顾一下新建对象时发生的:调用构造器初始化和建立链接的两条指令如果发生重排序会怎么样?

    线程1在链接时会连到一个半初始化的对象上(t不为空了),
    线程二来判断是否为空(不为空,已经半初始化了),那么就直接get了这个半初始化的对象m=0
    在这里插入图片描述
    所以要加 volatile !

    第三题:对象在内存中的存储布局

    在这里插入图片描述
    对齐:前面三个部分加起来的bit数不能被8整除,就补齐
    用ClassLayout里的parseInstance函数将对象存储布局打印
    在这里插入图片描述
    执行结果(这里没有实例数据 0Bytes):
    在这里插入图片描述

    一共16个字节

    第四题: 对象头具体包括什么(mark word classpointer 主要是锁的信息)

    锁升级的过程:synchronized 是对对象上锁而不是对代码上锁
    打印输出上锁前后的对象存储布局:
    在这里插入图片描述
    可以看出markword里存储的就是锁信息:
    对于一个刚刚new出来的对象,先上的是偏向锁,再是自旋锁(无锁,lock-free,轻量级锁),再是重量级锁
    在这里插入图片描述

    偏向锁(biased lock):第一个线程来时,只需要贴上名片,因为synchronized是可重入的,又没有锁竞争,效率很高
    当第二个线程来要与第一个线程竞争锁,先把偏向锁撤销,然后两个线程用CAS(compare and swap)的方式竞争锁
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    CAS的过程:每个线程要对这个对象做操作时先读出来,再计算,如果写回去的时候检查它还是原来读出来的数,那说明这中间没线程动过它,就成功了,如果写回去的时候发现它已经不是原来那个值了,那就重新读出来,再计算,再写回(比较)
    在这里插入图片描述

    这样就不用加锁了
    但是会有ABA问题,可以用加版本的方式解决ABA问题

    第五题:对象怎么定位

    在这里插入图片描述

    句柄方式唯一的优势:对象小,垃圾回收时不用频繁改动t
    缺点:两次访问

    第6题:对象怎么分配:

    优先在栈中分配(声明周期短,不需要GC,效率大概比在堆中分配快一倍)
    可以进行栈上分配的条件:1.逃逸分析 DoEscapeAnalysis(没有别的方法用这个对象)2.可以进行标量替换EliminateAllocation(这个对象可以用在栈中存的成员变量代替)
    在这里插入图片描述

    不能放入栈中的先判断大不大,大的话直接放入old区老年代
    不大的话,判断是否符合线程本地分配(Thread Local Allocat Buffer), 如果符合,那么放入线程自己独有的一小块内存中,不需要锁。如果不符合,那么需要加锁竞争内存,但都是分配进堆中的EDEN区
    在这里插入图片描述

    分代年龄,存在markword中

    第7题:一个Object 占多少字节

    Object o = new Object;
    o, 普通对象指针 Ordinary object pointers (OOPS) 占4个字节
    不考虑o,一个Object也不一定是16个字节
    查看Java的命令参数
    因为在64位的机器上,类指针应该是8字节,但是由于默认开启UseCompressedClassPointers
    这个指针被压缩到4字节,同时实例数据里如果有普通对象指针,比如成员变量有一个字符串或者数组,这个指针原本也是8字节,但是默认UseCompressedOops,就压缩到4字节
    在这里插入图片描述
    -XX:-UseCompressedClassPointers, 去掉压缩类指针
    在这里插入图片描述

    那么什么情况下不压缩?
    答:4个字节的指针,能寻址的最大空间是多大:32G
    如果堆内存空间超过32G,压缩自动不起作用?(这里没讲清楚)

    (文中截图来源马士兵老师公开课)

    展开全文
  • (给ImportNew加星标,提高Java技能)编译:ImportNew/唐尤华shipilev.net/jvm/anatomy-quarks/6-new-object-stages/1. 写在前面“[JVM 解剖公园][1]”是一个持续更新的系列迷你博客,阅读每篇文章一般需要5到10分钟。...

    (给ImportNew加星标,提高Java技能)

    编译:ImportNew/唐尤华

    shipilev.net/jvm/anatomy-quarks/6-new-object-stages/

    1. 写在前面

    “[JVM 解剖公园][1]”是一个持续更新的系列迷你博客,阅读每篇文章一般需要5到10分钟。限于篇幅,仅对某个主题按照问题、测试、基准程序、观察结果深入讲解。因此,这里的数据和讨论可以当轶事看,不做写作风格、句法和语义错误、重复或一致性检查。如果选择采信文中内容,风险自负。

    Aleksey Shipilёv,JVM 性能极客   

    推特 [@shipilev][2]   

    问题、评论、建议发送到 [aleksey@shipilev.net][3]

    [1]:https://shipilev.net/jvm-anatomy-park

    [2]:http://twitter.com/shipilev

    [3]:aleksey@shipilev.net

    2. 问题

    听说分配与初始化不同。Java 有构造函数,它究竟会执行分配还是做初始化呢?

    3. 理论

    如果打开 [GC Handbook][4],它会告诉你创建一个新对象通常包括三个阶段:

    > 译注:GC Handbook 中文版《垃圾回收算法手册》

    1. "分配":从进程空间中分配实例数据。

    2. "系统初始化":按照 Java 语言规范进行初始化。在 C 语言中,分配新对象不需要初始化;在 Java 中,所有新创建的对象都要进行系统初始化赋默认值,设置完整的对象头等等。

    3. "二次初始化(用户初始化)":执行与该对象类型关联的所有初始化语句和构造函数。

    在前面 [TLAB 分配][5]中我们对此进行过讨论,现在介绍详细的初始化过程。假如你熟悉 Java 字节码,就会知道 `new` 语句对应了几条字节码指令。例如:

    ```javapublic Object t() {
    return new Object();
    }
    ```

    会编译为:

    ```java
    public java.lang.Object t();
    descriptor: ()Ljava/lang/Object;
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
    Code:
    stack=2, locals=1, args_size=1
    0: new #4 // java/lang/Object 类
    3: dup
    4: invokespecial #1 // java/lang/Object."":()V 方法
    7: areturn
    ```

    [4]:http://gchandbook.org/

    [5]:https://shipilev.net/jvm/anatomy-quarks/4-tlab-allocation/

    看起来 `new` 会执行分配和系统初始化,同时调用构造函数(``)执行用户初始化。然而,智能的 Hotspot 虚拟机会不会优化?比如在构造函数执行完成以前查看对象使用情况,优化可以合并的任务。接下来,让我们做个实验。

    4. 实验

    要解除这个疑问,可以编写下面这样的测试。初始化两个不同的类,每个类只包含一个 `int` 属性:

    ```java
    import org.openjdk.jmh.annotations.*;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;

    @Warmup(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
    @Measurement(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
    @Fork(value = 3)
    @BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
    @OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
    @State(Scope.Benchmark)
    public class UserInit {

    @Benchmarkpublic Object init() {
    return new Init(42);
    }

    @Benchmarkpublic Object initLeaky() {
    return new InitLeaky(42);
    }

    static class Init {
    private int x;
    public Init(int x) {
    this.x = x;
    }
    }

    static class InitLeaky {
    private int x;
    public InitLeaky(int x) {
    doSomething();
    this.x = x;
    }

    @CompilerControl(CompilerControl.Mode.DONT_INLINE)
    void doSomething() {
    // 此处留白
    }
    }
    }
    ```

    设计测试时,为防止编译器对 `doSomething()` 空方法进行内联优化加上了限制,迫使优化程序认为接下来可能有代码访问 `x`。换句话说,这样就无法判断 `doSomething()` 是否真的泄露了对象,从而可以有效地把对象暴露给某些外部代码。

    建议启用 `-XX:+UseParallelGC -XX:-TieredCompilation -XX:-UseBiasedLocking` 参数运行测试,这样生成的代码更容易理解。JMH `-prof perfasm` 参数可以完美地转储测试生成的代码。

    下面是 `Init` 测试结果:

    ```asm
    0x00007efdc466d4cc: mov 0x60(%r15),%rax ; 下面是 TLAB 分配
    0x00007efdc466d4d0: mov %rax,%r10
    0x00007efdc466d4d3: add $0x10,%r10
    0x00007efdc466d4d7: cmp 0x70(%r15),%r10
    0x00007efdc466d4db: jae 0x00007efdc466d50a
    0x00007efdc466d4dd: mov %r10,0x60(%r15)
    0x00007efdc466d4e1: prefetchnta 0xc0(%r10)
    ; ------- /分配 ---------
    ; ------- 系统初始化 ---------
    0x00007efdc466d4e9: movq $0x1,(%rax) ; header 设置 mark word
    0x00007efdc466d4f0: movl $0xf8021bc4,0x8(%rax) ; header 设置 class word
    ; ...... 系统/用户初始化 .....
    0x00007efdc466d4f7: movl $0x2a,0xc(%rax) ; x = 42.
    ; -------- /用户初始化 ---------
    ```

    上面生成的代码中可以看到 TLAB 分配、对象元数据初始化,然后对字段执行系统+用户初始化。`InitLeaky` 的测试结果有很大区别:

    ```asm
    ; ------- 分配 ----------
    0x00007fc69571bf4c: mov 0x60(%r15),%rax
    0x00007fc69571bf50: mov %rax,%r10
    0x00007fc69571bf53: add $0x10,%r10
    0x00007fc69571bf57: cmp 0x70(%r15),%r10
    0x00007fc69571bf5b: jae 0x00007fc69571bf9e
    0x00007fc69571bf5d: mov %r10,0x60(%r15)
    0x00007fc69571bf61: prefetchnta 0xc0(%r10)
    ; ------- /分配 ---------
    ; ------- 系统初始化 ---------
    0x00007fc69571bf69: movq $0x1,(%rax) ; header 设置 mark word
    0x00007fc69571bf70: movl $0xf8021bc4,0x8(%rax) ; header 设置 class word
    0x00007fc69571bf77: mov %r12d,0xc(%rax) ; x = 0 (%r12 的值恰好是 0)
    ; ------- /系统初始化 --------
    ; -------- 用户初始化 ----------
    0x00007fc69571bf7b: mov %rax,%rbp
    0x00007fc69571bf7e: mov %rbp,%rsi
    0x00007fc69571bf81: xchg %ax,%ax
    0x00007fc69571bf83: callq 0x00007fc68e269be0 ; call doSomething()
    0x00007fc69571bf88: movl $0x2a,0xc(%rbp)
    ; x = 42
    ; ------ /用户初始化 ------
    ```

    由于优化程序无法确定是否需要 `x` 值,因此这里必须假定出现最坏的情况,先执行系统初始化,然后再完成用户初始化。

    5. 观察

    虽然教科书的定义很完美,而且生成的字节码也提供了佐证,但只要不出现奇怪的结果,优化程序还是会做一些不为人知的优化。从编译器的角度看,这只是一种简单优化。但从概念上说,这个结果已经超出了“阶段”的范畴。

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  • 指令作用idc常量池常量推到操作数栈顶new新建实例putfield/getfield存取实例变量putstatic/getstatic存取静态变量Instanceof/checkcast判断对象是否属于某类型public class MyObject {public static int staticVar;...

    指令

    作用

    idc

    常量池常量推到操作数栈顶

    new

    新建实例

    putfield/getfield

    存取实例变量

    putstatic/getstatic

    存取静态变量

    Instanceof/checkcast

    判断对象是否属于某类型

    public class MyObject {

    public static int staticVar;

    public int instanceVar;

    public static void main(String[] args) {

    int x = 32768; // ldc

    MyObject myObj = new MyObject(); // new

    MyObject.staticVar = x; // putstatic

    x = MyObject.staticVar; // getstatic

    myObj.instanceVar = x; // putfield

    x = myObj.instanceVar; // getfield

    Object obj = myObj;

    if (obj instanceof MyObject) { // instanceof

    myObj = (MyObject) obj; // checkcast

    System.out.println(myObj.instanceVar);

    }

    }

    }

    关键指令编写

    new

    func (self *NEW) Execute(frame *rtda.Frame) {

    cp := frame.Method().Class().ConstantPool() // 1. 获取当前栈帧所在类的常量池

    classRef := cp.GetConstant(self.Index).(*heap.ClassRef) // 2. 获取类符号引用

    class := classRef.ResolvedClass() // 3. 根据类符号引用创建类

    if !class.InitStarted() {

    frame.RevertNextPC()

    base.InitClass(frame.Thread(), class)

    return

    }

    if class.IsInterface() || class.IsAbstract() {

    panic("java.lang.InstantiationError")

    }

    ref := class.NewObject() // 4. 创建对象

    frame.OperandStack().PushRef(ref) // 5. 将引用对象push到栈顶

    }

    getstatic

    func (self *GET_STATIC) Execute(frame *rtda.Frame) {

    cp := frame.Method().Class().ConstantPool()

    // 1. 获取字段符号引用

    fieldRef := cp.GetConstant(self.Index).(*heap.FieldRef)

    // 2. 将字段符号引用解析为Field

    field := fieldRef.ResolvedField()

    class := field.Class()

    if !class.InitStarted() {

    frame.RevertNextPC()

    base.InitClass(frame.Thread(), class)

    return

    }

    // 不是静态变量

    if !field.IsStatic() {

    panic("java.lang.IncompatibleClassChangeError")

    }

    stack := frame.OperandStack()

    slots := class.StaticVars()

    // 3. 从Field的静态变量列表中获取值,push到操作数栈

    switch field.Descriptor()[0] {

    case 'Z', 'B', 'C', 'S', 'I':

    stack.PushInt(slots.GetInt(field.SlotId()))

    case 'F':

    stack.PushFloat(slots.GetFloat(field.SlotId()))

    case 'J':

    stack.PushLong(slots.GetLong(field.SlotId()))

    case 'D':

    stack.PushDouble(slots.GetDouble(field.SlotId()))

    case 'L', '[': // 对象或数组

    stack.PushRef(slots.GetRef(field.SlotId()))

    }

    }

    getfield

    func (self *GET_FIELD) Execute(frame *rtda.Frame) {

    cp := frame.Method().Class().ConstantPool()

    // 1. 获取字段符号引用

    fieldRef := cp.GetConstant(self.Index).(*heap.FieldRef)

    // 2. 将字段符号引用解析为Field

    field := fieldRef.ResolvedField()

    if field.IsStatic() {

    panic("java.lang.IncompatibleClassChangeError")

    }

    stack := frame.OperandStack()

    // 3. 获取对象引用

    ref := stack.PopRef()

    if ref == nil {

    panic("java.lang.NullPointerException")

    }

    slots := ref.Fields()

    // 4. 从对象引用的实例变量列表中获取值,push到操作数栈

    switch field.Descriptor()[0] {

    case 'Z', 'B', 'C', 'S', 'I':

    stack.PushInt(slots.GetInt(field.SlotId()))

    case 'F':

    stack.PushFloat(slots.GetFloat(field.SlotId()))

    case 'J':

    stack.PushLong(slots.GetLong(field.SlotId()))

    case 'D':

    stack.PushDouble(slots.GetDouble(field.SlotId()))

    case 'L', '[': // 对象或数组

    stack.PushRef(slots.GetRef(field.SlotId()))

    }

    }

    checkcast

    func (self *CHECK_CAST) Execute(frame *rtda.Frame) {

    // 1. 从操作数栈获取对象引用ref

    stack := frame.OperandStack()

    ref := stack.PopRef()

    stack.PushRef(ref)

    // (Integer)null -> null引用可以转换为任何类型

    if ref == nil {

    return

    }

    cp := frame.Method().Class().ConstantPool() // 2. 获取当前栈帧所在类的常量池

    classRef := cp.GetConstant(self.Index).(*heap.ClassRef) // 3. 获取类符号引用

    class := classRef.ResolvedClass() // 4. 根据类符号引用创建类

    if !ref.IsInstanceOf(class) { // 5. 判断 ref instanceof class

    panic("java.lang.ClassCastException") // 6. 如果不是,抛异常

    }

    }

    instanceof

    func (self *INSTANCE_OF) Execute(frame *rtda.Frame) {

    // 1. 从操作数栈获取对象引用ref

    stack := frame.OperandStack()

    ref := stack.PopRef()

    // null instanceof Xxx -> false

    if ref == nil {

    stack.PushInt(0)

    return

    }

    cp := frame.Method().Class().ConstantPool() // 2. 获取当前栈帧所在类的常量池

    classRef := cp.GetConstant(self.Index).(*heap.ClassRef) // 3. 获取类符号引用

    class := classRef.ResolvedClass() // 4. 根据类符号引用创建类

    if ref.IsInstanceOf(class) { // 5. 判断 ref instanceof class

    stack.PushInt(1) // 6. 将结果压入栈

    } else {

    stack.PushInt(0)

    }

    }

    idc指令

    func (self *LDC) Execute(frame *rtda.Frame) {

    _ldc(frame, self.Index)

    }

    func (self *LDC_W) Execute(frame *rtda.Frame) {

    _ldc(frame, self.Index)

    }

    func (self *LDC2_W) Execute(frame *rtda.Frame) {

    // 1. 从运行时常量池获取常量c

    stack := frame.OperandStack()

    cp := frame.Method().Class().ConstantPool()

    c := cp.GetConstant(self.Index)

    // 2. 将常量c压入操作数栈

    switch c.(type) {

    case int64:

    stack.PushLong(c.(int64))

    case float64:

    stack.PushDouble(c.(float64))

    default:

    panic("java.lang.ClassFormatError")

    }

    }

    func _ldc(frame *rtda.Frame, index uint) {

    // 1. 从运行时常量池获取常量c

    stack := frame.OperandStack()

    cp := frame.Method().Class().ConstantPool()

    c := cp.GetConstant(index)

    // 2. 将常量c压入操作数栈

    switch c.(type) {

    case int32:

    stack.PushInt(c.(int32))

    case float32:

    stack.PushFloat(c.(float32))

    //case string:

    //case *heap.ClassRef:

    default:

    panic("todo:ldc!")

    }

    }

    编写测试类

    //测试classloader

    func parseClassLoader(cmd *Cmd) {

    cp := classpath.Parse(cmd.XjreOption, cmd.cpOption)

    //获得classLoader

    classLoader := heap.NewClassLoader(cp)

    //获得加载类名字

    className := strings.Replace(cmd.class, ".", "/", -1)

    mainClass := classLoader.LoadClass(className)

    //获得main方法

    mainMethod := mainClass.GetMainMethod()

    if mainMethod != nil {

    interpret(mainMethod)

    }else{

    fmt.Printf("Main method not found in class %s\n",cmd.class)

    }

    }

    shell脚本

    go run main -test "classloader" -cp test/lib/example.jar jvmgo.book.ch06.MyObject #测试classloader

    实战项目地址

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  • 概念:Java 提供了一种对象序列...也就是说,对象的类型信息、对象的数据,还有对象中的数据类型可以用来在内存中新建对象。整个过程都是 Java 虚拟机(JVM)独立的,也就是说,在一个平台上序列化的对象可以在另一个...

    概念:

    Java 提供了一种对象序列化的机制,一个对象可以被表示为一个字节序列,该字节序列包括该对象的数据、有关对象的类型的信息和存储在对象中数据的类型。将序列化对象写入文件之后,可以从文件中读取出来,并且对它进行反序列化。也就是说,对象的类型信息、对象的数据,还有对象中的数据类型可以用来在内存中新建对象。

    整个过程都是 Java 虚拟机(JVM)独立的,也就是说,在一个平台上序列化的对象可以在另一个完全不同的平台上反序列化该对象。

    实现:

    一个类实现了Serializable接口,它就可以被序列化

    public class Employee implements java.io.Serializable

    如果被写对象的类型是String,或数组,或Enum,或Serializable,那么就可以对该对象进行序列化,否则将抛出NotSerializableException

    JDK中的序列化API:

    java.io.ObjectOutputStream代表对象输出流,它的writeObject(Object obj)方法可对参数指定的obj对象进行序列化,把得到的字节序列写到目标输出流中。

    java.io.ObjectInputStream代表对象输入流,它的readObject()方法从一个源输入流中读取字节序列,再把它们反序列化为一个对象,并将其返回。

    只有实现了Serializable和Externalizable接口的类的对象才能被序列化。Externalizable接口继承自 Serializable接口,实现Externalizable接口的类完全由自身来控制序列化的行为,而仅实现Serializable接口的类可以采用默认的序列化方式 。

    对象序列化包括如下步骤:

    1)创建一个对象输出流,它可以包装一个其他类型的目标输出流,如文件输出流;

    2)通过对象输出流的writeObject()方法写对象。

    对象反序列化的步骤如下:

    1)创建一个对象输入流,它可以包装一个其他类型的源输入流,如文件输入流;

    2)通过对象输入流的readObject()方法读取对象。

    特殊情况:

    对于一个实体类,不想将所有的属性都进行序列化,有专门的关键字transient:

    private transient int name;

    对该类序列化时会自动忽略被 transient 修饰的属性,反序列化后name=0。

    更多:

    1.序列化ID:

    凡是实现Serializable接口的类都有一个表示序列化版本标识符的静态变量

    private static final long serialVersionUID = 1L

    情境:两个客户端 A 和 B 试图通过网络传递对象数据,A 端将对象序列化为二进制数据再传给 B,B 反序列化得到对象。

    问题:反序列化时总是提示不成功。

    解决:虚拟机是否允许反序列化,不仅取决于类路径和功能代码是否一致,还有两个类的序列化 ID 是否一致。

    序列化 ID 在 Eclipse 下提供了两种生成策略,一个是固定的 1L,一个是随机生成一个不重复的 long 类型数据(实际上是使用 JDK 工具生成)。随机生成的序列化 ID 有什么作用呢,有些时候,通过改变序列化 ID 可以用来限制某些用户的使用。

    2.不保存静态变量

    public class Test implements Serializable{

    public static int staticVar = 5;

    }

    //序列化,写入路径result.obj

    ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(

    new FileOutputStream("result.obj"));

    out.writeObject(new Test());

    out.close();

    //序列化后修改为10

    Test.staticVar = 10;

    //反序列化,读取

    ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream("result.obj"));

    Test t = (Test) oin.readObject();

    oin.close();

    System.out.println(t.staticVar); //结果是10

    序列化保存对象的状态,静态变量属于类的状态,因此序列化并不保存静态变量。

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