Java關(guān)鍵字new ：對象的內(nèi)存分配原理
一、關(guān)鍵字new概述
"new"可以說是Java開發(fā)者最常用的關(guān)鍵字，我們使用new創(chuàng)建對象，使用new并通過類加載器來實例化任何我們需要的東西，但你是否深入了解過new在編譯的瞬間都做了什么？
在Java中使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建對象變得很容易了，事實上，對這些事情你是不需要考慮的。需要訪問一個文件嗎？只需要創(chuàng)建一個新的File實例：new File(“jdbc.properties”)，對于大多數(shù)Java開發(fā)人員而言，這就是他們需要知道的一切，是不是很簡單呢？！但當(dāng)你使用了多個類加載器時，問題就不一樣了。
下面是對oracle官網(wǎng)文章的翻譯：
http://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/javaOO/objectcreation.html
我們都知道，一個類為對象提供了藍(lán)圖，你從一個類創(chuàng)建一個對象。以下語句從createobjectdemo程序創(chuàng)建一個對象并將其賦值給一個引用變量：
Point originOne = new Point(23, 94);
Rectangle rectOne = new Rectangle(originOne, 100, 200);
Rectangle rectTwo = new Rectangle(50, 100);第一行創(chuàng)建了一個 Point 類的對象，第二個和第三個線創(chuàng)建一個Rectangle 矩形類的對象。
這些陳述中的每一個都有三個部分（詳細(xì)討論）：
聲明Declaration：粗體代碼是將變量名稱與對象類型關(guān)聯(lián)的變量聲明。
實例化Instantiating ：new關(guān)鍵字是一個java運算符，它用來創(chuàng)建對象。
初始化Initialization：new運算符，隨后調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，初始化新創(chuàng)建的對象。
聲明一個變量來指向一個對象，即引用
在此之前，你知道，要聲明一個變量，你需要寫：type name;
這將告訴編譯器你將使用name引用一個type類型的對象。用一個原始變量，這個聲明也保留了適當(dāng)?shù)膬?nèi)存量的變量。
你也可以在自己的行上聲明一個引用變量。例如:Point originone；
如果你只是聲明一個像originone這樣的引用變量，其價值將待定，直到有一個對象真正被創(chuàng)造和分配給它。只是簡單地聲明一個引用變量而并沒有創(chuàng)建一個對象。對于這樣，你需要使用new運算符。在你的代碼中使用它之前，你必須指定一個對象給originone。否則，你會得到一個編譯器錯誤-----空指針異常。
處于這種狀態(tài)的變量，目前沒有引用任何的對象，可以說明如下（變量名，originone，一個引用沒指向任何對象）。
實例化一個類對象
new運算符實例化一個類對象，通過給這個對象分配內(nèi)存并返回一個指向該內(nèi)存的引用。new運算符也調(diào)用了對象的構(gòu)造函數(shù)。
注意：“實例化一個類的對象”的意思就是“創(chuàng)建對象”。創(chuàng)建對象時，你正在創(chuàng)造一個類的“實例”，因而“實例化”一個類的對象。
new運算符需要一個單一的，后綴參數(shù)，需要調(diào)用構(gòu)造函數(shù)。構(gòu)造函數(shù)的名稱提供了需要實例化類的名稱。
new運算符返回它所創(chuàng)建的對象的引用。此引用通常被分配給一個合適的類型的變量，如：
Point originone =new Point（23，94）；由new運算符返回的引用可以不需要被賦值給變量。它也可以直接使用在一個表達(dá)式中。例如:
int height = new Rectangle().height;初始化一個類對象
這是Point類的代碼
public class Point {
public int x = 0;
public int y = 0;
//constructor
public Point(int a, int b) {
x = a;
y = b;
}
}這個類包含一個單一的構(gòu)造函數(shù)。你可以識別一個構(gòu)造函數(shù)，因為它的聲明使用與類具有相同的名稱，它沒有返回類型。在Point類構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)是兩個整數(shù)參數(shù)，如代碼聲明（int a，int b）。下面的語句提供了94和23作為這些參數(shù)的值：
Point originOne = new Point(23, 94); //結(jié)果可描述為下圖
這是Rectangle類，包含4個版本的構(gòu)造方法
public class Rectangle {
public int width = 0;
public int height = 0;
public Point origin; // four constructors
public Rectangle() {
origin = new Point(0, 0);
}
public Rectangle(Point p) {
origin = p;
}
public Rectangle(int w, int h) {
origin = new Point(0, 0);
width = w;
height = h;
}
public Rectangle(Point p, int w, int h) {
origin = p;
width = w;
height = h;
}
// a method for moving the rectangle
public void move(int x, int y) {
origin.x = x;
origin.y = y;
}
// a method for computing the area of the rectangle
public int getArea() {
return width * height;
}
}
public class Rectangle {
public int width = 0;
public int height = 0;
public Point origin;
// four constructors
public Rectangle() {
origin = new Point(0, 0);
}
public Rectangle(Point p) {
origin = p;
}
public Rectangle(int w, int h) {
origin = new Point(0, 0);
width = w;
height = h;
}
public Rectangle(Point p, int w, int h) {
origin = p;
width = w;
height = h;
}
// a method for moving the rectangle
public void move(int x, int y) {
origin.x = x;
origin.y = y;
} // a method for computing the area of the rectangle
public int getArea() {
return width * height;
}
}每個構(gòu)造函數(shù)都允許你為矩形的起始值、寬度和高度提供初始值，同時使用原始類型和引用類型。如果一個類有多個構(gòu)造函數(shù)，它們必須有不同的簽名。java編譯器區(qū)分構(gòu)造函數(shù)基于參數(shù)的數(shù)量和類型。當(dāng)java編譯器遇到下面的代碼，它知道在矩形類，需要一點爭論，后面跟著兩個整數(shù)參數(shù)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)：
Rectangle rectOne = new Rectangle(originOne, 100, 200);結(jié)果可描述為下圖：
總結(jié)：
1.Java關(guān)鍵字new是一個運算符。與+、-、*、/等運算符具有相同或類似的優(yōu)先級。
2.創(chuàng)建一個Java對象需要三部：聲明引用變量、實例化、初始化對象實例。
3.實例化：就是“創(chuàng)建一個Java對象”-----分配內(nèi)存并返回指向該內(nèi)存的引用。
4.初始化：就是調(diào)用構(gòu)造方法，對類的實例數(shù)據(jù)賦初值。
5.Java對象內(nèi)存布局：包括對象頭和實例數(shù)據(jù)。如下圖：
對象頭：它主要包括對象自身的運行行元數(shù)據(jù)，比如哈希碼、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志等；同時還包含一個類型指針，指向類元數(shù)據(jù)，表明該對象所屬的類型。
實例數(shù)據(jù)：它是對象真正存儲的有效信息，包括程序代碼中定義的各種類型的字段（包括從父類繼承下來的和本身擁有的字段）。
在hotSpot虛擬機中，對象在內(nèi)存中的布局可以分成對象頭、實例數(shù)據(jù)、對齊填充三部分。對齊填充：它不是必要存在的，僅僅起著占位符的作用。
6.Object obj = new Object();
那“Object obj”這部分的語義將會反映到Java棧的本地變量表中，作為一個reference類型數(shù)據(jù)出現(xiàn)。而“new Object()”這部分的語義將會反映到Java堆中，形成一塊存儲了Object類型所有實例數(shù)據(jù)值（Instance Data，對象中各個實例字段的數(shù)據(jù)）的結(jié)構(gòu)化內(nèi)存，根據(jù)具體類型以及虛擬機實現(xiàn)的對象內(nèi)存布局（Object Memory Layout）的不同，這塊內(nèi)存的長度是不固定的。另外，在Java堆中還必須包含能查找到此對象類型數(shù)據(jù)（如對象類型、父類、實現(xiàn)的接口、方法等）的地址信息，這些類型數(shù)據(jù)則存儲在方法區(qū)中。
二、內(nèi)存分配原理
內(nèi)存分配，在哪分配？-------盡管Java對象的內(nèi)存分配可以使用逃逸分析技術(shù)和棧外分配，但不可否認(rèn)這僅僅是為了降低GC回收頻率以及提升GC回收效率的一種輔助手段，所以Java堆區(qū)仍然是分配/存儲對象實例的主要區(qū)域，這一點毋庸置疑。
參考《Java虛擬機規(guī)范（第7版）》的描述，JVM包含三種引用類型，分別是類型 (class type)，數(shù)組類型(array type)和接口類型(interface type)，這些引用類型的值則分別 由類實例、數(shù)組實例以及實現(xiàn)了某個接口的派生類實例負(fù)責(zé)動態(tài)創(chuàng)建，那么JVM中究 竟是如何為這些類型創(chuàng)建對應(yīng)的對象實例呢？-------------如果是在Java語法層面上創(chuàng)建 一個對象，無非就是使用一個簡單的new關(guān)鍵字即可，但是在JVM中就沒有那么簡 單了，其實牽扯到細(xì)節(jié)的實現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜，而且過程繁多。簡單地說，當(dāng)Java語法層面 使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建一個Java對象時，JVM首先會檢查這個new指令的參數(shù)能否在常 量池中定位到一個類的符號引用，然后檢查與這個符號引用相對應(yīng)的類是否已經(jīng)成功經(jīng) 歷加載、解析和初始化等步驟，當(dāng)類完成裝載步驟之后，就已經(jīng)完全確定出創(chuàng)建對象實 例時所需的內(nèi)存空間大小，接下來JVM將會對其進(jìn)行內(nèi)存分配，以存儲所生成的對象 實例。如下圖所示：
為新對象分配內(nèi)存是一件非常嚴(yán)謹(jǐn)和復(fù)雜的任務(wù)，JVM的設(shè)計者們不僅需要考慮內(nèi)存如何分配、在哪分配等問題，并且由于內(nèi)存分配算法與內(nèi)存回收算法密切相關(guān)，所以還要考慮GC執(zhí)行完內(nèi)存回收后是否會在內(nèi)存空間中產(chǎn)生內(nèi)部碎片。如果內(nèi)存空間以規(guī)整和有序的的方式分布，當(dāng)為新對象分配內(nèi)存時，只需要修改指針的偏移量將新對象分配在第一個空閑內(nèi)存位置上，這種分配方式就叫做指針碰撞（Bump the Pointer）,反之則只能使用空閑列表（Free List）執(zhí)行內(nèi)存分配。
基于分代的概念，Java堆區(qū)如果進(jìn)一步細(xì)分的話，還可分為：新生代 ( Young )和老年代 ( Old )；這也就是JVM采用的“分代思想”，簡單說，就是針對不同特征的java對象采用不同的策略實施存放和回收，所用分配機制和回收算法就不一樣。新生代 ( Young ) 又被劃分為三個區(qū)域：Eden、From Survivor、To Survivor。（《Java虛擬機精講》）
分代收集算法：采用不同算法處理[存放和回收]Java瞬時對象和長久對象。大部分Java對象都是瞬時對象，朝生夕滅，存活很短暫，通常存放在Young新生代，采用復(fù)制算法對新生代進(jìn)行垃圾回收。老年代對象的生命周期一般都比較長，極端情況下會和JVM生命周期保持一致；通常采用標(biāo)記-壓縮算法對老年代進(jìn)行垃圾回收。
這樣劃分的目的是為了使 JVM 能夠更好的管理堆內(nèi)存中的對象，包括內(nèi)存的分配以及回收。那么Java堆區(qū)被細(xì)分成這么多區(qū)域，對象實例究竟是存儲在堆區(qū)中的那一個區(qū)域下呢？在JVM運行數(shù)據(jù)區(qū)中，堆區(qū)和方法區(qū)是線程共享的數(shù)據(jù)區(qū)，任何線程都可以訪問到這兩個區(qū)域中的共享數(shù)據(jù)，由于對象實例的創(chuàng)建在JVM中非常頻繁，因此在并發(fā)環(huán)境下從堆中劃分內(nèi)存空間是非線程安全的，所以務(wù)必需要保證數(shù)據(jù)操作的原子性。基于線程安全的考慮，如果一個類在分配內(nèi)存之前成功完成的類加載，JVM會優(yōu)先選擇在TLAB（Thread Local Allocation Buffer，本地線程分配緩存區(qū)）中為對象實例分配內(nèi)存空間，TLAB在Java堆中是一塊線程私有數(shù)據(jù)區(qū)，它包含在Eden空間內(nèi)，除了可以避免一系列的非線程安全問題外，同時還能提高內(nèi)存分配的吞吐量，因此我們可以將這種內(nèi)存分配方式稱之為快速分配策略。
當(dāng)為對象成功分配好所需的內(nèi)存空間（實例化）后，JVM接下來要做的任務(wù)就是-------初始化對象實例。JVM首先會對分配好的內(nèi)存空間進(jìn)行零值初始化，這一步操作確保了對象的實例字段在Java代碼中可以不用賦初值就能夠直接使用，程序能夠訪問到這些字段的數(shù)據(jù)類型所對應(yīng)的零值。
對分配后的內(nèi)存空間進(jìn)行零值初始化后，JVM就會初始化對象頭和實例數(shù)據(jù)。最后將對象引入棧后，再更新PC寄存器中的字節(jié)碼指令地址。經(jīng)過這一系列的操作步驟之后每一個Java對象實例才算是真正的創(chuàng)建成功。
總結(jié)：
1.在Java語法層面上創(chuàng)建一個對象，使用一個簡單的new關(guān)鍵字即可，但是在JVM中細(xì)節(jié)的實現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜，而且過程繁多。
2.當(dāng)Java語法層面使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建一個Java對象時，JVM首先會檢查相對應(yīng)的類是否已經(jīng)成功經(jīng)歷加載、解析和初始化等步驟；當(dāng)類完成裝載步驟之后，就已經(jīng)完全確定出創(chuàng)建對象實例時所需的內(nèi)存空間大小，才能對其進(jìn)行內(nèi)存分配，以存儲所生成的對象實例。
3.實例化之后，進(jìn)行初始化（初始化對象頭和實例數(shù)據(jù)）。
4.內(nèi)存分配方式有：指針碰撞（Bump the Pointer）、快速分配策略、空閑列表（Free List）。
5.在并發(fā)環(huán)境下從堆中劃分內(nèi)存空間是非線程安全的，new運算符具有-------數(shù)據(jù)操作的原子性；也就是說創(chuàng)建一個Java對象分配內(nèi)存，要么所有步驟都成功，返回對象的引用，要么回歸到創(chuàng)建之前的內(nèi)存狀態(tài)，返回為NULL。
6.通過new創(chuàng)建一個Java對象，如果成功則返回這個對象的引用，開發(fā)者不可直接操作對象實例，需要通過這個引用“牽引”。
看完這篇文章，相信你對Java關(guān)鍵字new及Java對象的完整創(chuàng)建過程有了更深的認(rèn)識，就不會只停留在new一個對象就完了。
原文地址：
https://blog.csdn.net/ljheee/article/details/52235915
如有文章對你有幫助，
“在看”和轉(zhuǎn)發(fā)是對我最大的支持！
