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“365篇原創計划”第十一篇。
今天呢！燈塔君跟大家講：
JVM源碼分析之Java對象頭實現
HotSpot虛擬機中，對象在內存中的布局分為三塊區域：對象頭、實例數據和對齊填充。
對象頭
對象頭包括兩部分：Mark Word 和 類型指針。
Mark Word
Mark Word用於存儲對象自身的運行時數據，如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態標志、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時間戳等等，占用內存大小與虛擬機位長一致。
類型指針
類型指針指向對象的類元數據，虛擬機通過這個指針確定該對象是哪個類的實例。
markOop實現
HotSpot通過markOop類型實現Mark Word，具體實現位於markOop.hpp文件中。
由於對象需要存儲的運行時數據很多，考慮到虛擬機的內存使用，markOop被設計成一個非固定的數據結構，以便在極小的空間存儲盡量多的數據，根據對象的狀態復用自己的存儲空間，32位虛擬機的markOop實現如下：
hash： 保存對象的哈希碼
age： 保存對象的分代年齡
biased_lock： 偏向鎖標識位
lock： 鎖狀態標識位
JavaThread：* 保存持有偏向鎖的線程ID
epoch： 保存偏向時間戳
markOop：中不同的鎖標識位，代表着不同的鎖狀態：
不同的鎖狀態，存儲着不同的數據：
markOop中提供了大量方法用於查看當前對象頭的狀態，以及更新對象頭的數據，為synchronized鎖的實現提供了基礎。
下面來看看代碼吧：
首先定義兩個簡單的類AAA和BBB
通過``javap -c AAA```查看編譯之后的字節碼,具體如下:
Java中的new關鍵字對應jvm中的new指令，定義在InterpreterRuntime類中，實現如下：
new指令的實現過程：
1、其中pool是AAA的constant pool，此時AAA的class已經加載到虛擬機中，new指令后面的#2表示BBB類全限定名的符號引用在constant pool的位置；
2、方法pool->klass_at負責返回BBB對應的klassOop對象，實現如下：
如果常量池中指定位置（#2）的數據已經是個oop類型，說明BBB的class已經被加載並解析過，則直接通過(klassOop)entry.get_oop()返回klassOop；否則表示第一次使用BBB，需要解析BBB的符號引用，並加載BBB的class類，生成對應的instanceKlass對象，並更新constant pool中對應位置的符號引用；
3、klass->check_valid_for_instantiation可以防止抽象類被實例化；
4、klass->initialize實現如下：
如果BBB的instanceKlass對象已經初始化完成，則直接返回；否則通過initialize_impl方法進行初始化，整個初始化算法分成11步，具體實現如下：
step1
通過ObjectLocker在初始化之前進行加鎖，防止多個線程並發初始化。
step2
step3
如果當前instanceKlass處於being_initialized狀態，且被當前線程初始化，則直接返回。
其實對於這個step的處理我有疑問，什么情況會走到這一步？經過RednaxelaFX大大提點，如下情況會執行step3：
例如A類有靜態變量指向一個new B類實例，B類里又有靜態變量指向new A類實例，這樣外部用A時要初始化A類，初始化過程中又要觸發B類初始化，B類初始化又再次觸發A類初始化。
如果當前instanceKlass處於fully_initialized狀態，說明已經初始化完成，則直接返回；
step5
如果當前instanceKlass處於initialization_error狀態，說明初始化失敗了，拋出異常。
step6
設置當前instanceKlass的狀態為 being_initialized；設置初始化線程為當前線程。
如果當前instanceKlass不是接口類型，並且父類不為空，且還未初始化，則執行父類的初始化。
step8
通過thisoop->callclass_initializer方法執行靜態塊代碼，實現如下：
this_oop->class_initializer()可以獲取靜態代碼塊入口，最終通過JavaCalls::call執行代碼塊邏輯，再下一層就是具體操作系統的實現了。
step9
如果初始化過程沒有異常，說明instanceKlass對象已經初始完成，則設置當前instanceKlass的狀態為 fully_initialized，最后通知其它線程初始化已經完成；否則執行step10 and 11。
step10 and 11
如果初始化發生異常，則設置當前instanceKlass的狀態為 initialization_error，並通知其它線程初始化發生異常。
5、如果instanceKlass初始化完成，klass->allocate_instance會在堆內存創建instanceOopDesc對象，即類的實例化；.
instanceOopDesc
當在Java中new一個對象時，本質是在堆內存創建一個instanceOopDesc對象。
instanceOopDesc在實現上繼承自oopDesc，其中oopDesc定義如下：
當然，這只是 oopDesc的部分實現，oopDesc包含兩個數據成員：_mark 和 _metadata。
1、_mark是markOop類型對象，用於存儲對象自身的運行時數據，如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態標志、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時間戳等等，占用內存大小與虛擬機位長一致，更具體的實現可以閱讀 《java對象頭的HotSpot實現分析》
2、_metadata是一個聯合體，其中wideKlassOop和narrowOop都是指向InstanceKlass對象的指針，wide版是普通指針，narrow版是壓縮類指針（compressed Class pointer）
instanceOopDesc對象的創建過程
instanceOopDesc對象通過instanceKlass::allocate_instance進行創建，實現過程如下：
1、has_finalizer判斷當前類是否包含不為空的finalize方法；
2、size_helper確定創建當前對象需要分配多大內存；
3、CollectedHeap::obj_allocate從堆中申請指定大小的內存，並創建instanceOopDesc對象，實現如下：
4、如果當前類重寫了finalize方法，且非空，需要把生成的對象封裝成Finalizer對象並添加到 Finalizer鏈表中，對象被GC時，如果是Finalizer對象，會將對象賦值到pending對象。Reference Handler線程會將pending對象push到queue中，Finalizer線程poll到對象，先刪除掉Finalizer鏈表中對應的對象，然后再執行對象的finalize方法；
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