图解JAVA对象的创建过程

时间:2024-01-05 08:51:20

前面几篇博文分别介绍了JAVA的Class文件格式、JVM的类加载机制和JVM的内存模型,这里就索性把java对象的创建过程一并说完,这样java对象的整个创建过程就基本上说明白了(当然你要有基础才能真正看明白)。经常有人问我为什么这么喜欢钻研底层的东西,首先,因为我以前的做硬件的和嵌入式的,兴趣使然;其次,我个人感觉,如果不把上下打通,心里老是有一堵墙过不去,说白了,这是个人因素,与好坏无关(当然,经常有人说,懂底层原理是成为高手的必经之路)。

现在来说一下我当初学习JVM的原因,在学习JAVA之前,我只学过C/C++,当我接触JAVA之后,发现JAVA与C++之间有着巨大的差异,其中最困惑我的就是C++的继承和JAVA的继承实现原理是否一样(对象如何最终定位到字段,无论这个字段是自身的还是继承过来的)?多态的实现机制是否相同?等等。因为之前看过《深度探索C++对象模型》,对C++的对象模型略知一二(一直打算写一个C++对象模型的文章,苦于没时间,后面一定补上),所以我感觉JVM可以解答我的疑惑。

关于对象的创建过程一般是从new指令(我说的是JVM的层面)开始的(具体请看图1),JVM首先对符号引用进行解析,如果找不到对应的符号引用,那么这个类还没有被加载,因此JVM便会进行类加载过程(具体加载过程可参见我的另一篇博文)。符号引用解析完毕之后,JVM会为对象在堆中分配内存,HotSpot虚拟机实现的JAVA对象包括三个部分:对象头、实例字段和对齐填充字段(具体内容请看图2),其中要注意的是,实例字段包括自身定义的和从父类继承下来的(即使父类的实例字段被子类覆盖或者被private修饰,都照样为其分配内存)。相信很多人在刚接触面向对象语言时,总把继承看成简单的“复制”,这其实是完全错误的。JAVA中的继承仅仅是类之间的一种逻辑关系(具体如何保存记录这种逻辑关系,则设计到Class文件格式的知识,具体请看我的另一篇博文),唯有创建对象时的实例字段,可以简单的看成“复制”。

为对象分配完堆内存之后,JVM会将该内存(除了对象头区域)进行零值初始化,这也就解释了为什么JAVA的属性字段无需显示初始化就可以被使用,而方法的局部变量却必须要显示初始化后才可以访问。最后,JVM会调用对象的构造函数,当然,调用顺序会一直上溯到Object类。

至此,一个对象就被创建完毕,此时,一般会有一个引用指向这个对象。在JAVA中,存在两种数据类型,一种就是诸如int、double等基本类型,另一种就是引用类型,比如类、接口、内部类、枚举类、数组类型的引用等。引用的实现方式一般有两种,具体请看图3。此处说一句题外话,经常用人拿C++中的引用和JAVA的引用作对比,其实他们两个只是“名称”一样,本质并没什么关系,C++中的引用只是给现存变量起了一个别名(引用变量只是一个符号引用而已,编译器并不会给引用分配新的内存),而JAVA中的引用变量却是真真正正的变量,具有自己的内存空间,只是不同的引用变量可以“指向”同一个对象而已。因此,如果要拿C++和JAVA引用对象的方式相对比,C++中的指针倒和JAVA中的引用如出一辙,毕竟,JAVA中的引用其实就是对指针的封装。

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图解JAVA对象的创建过程

图1  对象的创建过程

图解JAVA对象的创建过程

图2 对象的组成结构

图解JAVA对象的创建过程

图3  对象引用的两种实现方式

图解JAVA对象的创建过程
图解JAVA对象的创建过程
图解JAVA对象的创建过程