深入探讨Hotspot虚拟机在Java堆中对象创建、布局和访问的过程

在我们了解了JVM的运行时数据区划分后，我们需要进一步了解JVM内存中数据进一步的细节，例如对象是如何创建的，如何布局，及如何访问这些对象。接下来会从3个部分来探讨下Java堆中对象的创建及其访问过程。

对象的创建

检查，JVM收到new指令，首先去检查是否能在常量池中定位到一个class的符号引用，并检查这个引用代表的class是否被加载、解析和初始化过，如果没有则执行类加载过程。
分配内存，类加载通过后，JVM会为这个class分配内存。分配内存有两种方式，一种叫指针碰撞，一种叫空闲列表
- 指针碰撞：假设heap是绝对连续规整的，空闲的内存和已使用的内存各在一边，中间放置一个指针作为分界点的指示器，分配内存时只需要把指针挪向空闲内存的那边即可。
- 空闲列表：如果heap不是规整的，空闲内存和已使用的内存交错分布，JVM会维护一个列表，记录哪些内存时可用的，分配内存是从列表里找一块足够存放对象的内存分配给它。
选择哪种分配方式由JVM所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理的功能决定，因此在使用Serial、ParNew等带有Compact过程的收集器时，系统采用的分配算法是指针碰撞，而使用CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器时，通常采用空闲列表。在分配内存过程中可能由于并发引起线程不安全的问题，JVM有两种解决方案，一、采用CAS+失败重试的方式保证更新操作的原子性（CAS调用的是C++方法）；二、把内存分配的动作按照线程划分不同空间去进行，每个线程在heap中预分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）每个线程在自己的TLAB上分配。JVM是否使用TLAB可通过-XX:+/-UseTLAB参数来决定。
初始化内存空间，内存分配完成后，JVM需要将分配到的内存空间初始化为0，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可以直接使用。
设置对象头，接下来JVM要将存放在对象头（Object Header）的class实例、元数据信息、对象哈希码、对象的GC分代年龄等信息做必要的设置。
初始化对象，执行完new指令后，会执行init方法，这样一个新对象就完全产生了。

对象的内存布局

在Hotspot虚拟机中，对象存储的布局分为3块区域：对象头（header）、实例数据（instance data）、对齐填充（padding）。

对象头包含自身运行时数据和类型指针两部分。
- 运行时数据包含hashCode、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等等，也就是人们称之为的“Mark Word”。
- 指针类型指的是对象指向它的元数据的指针，JVM通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。如果这个对象是数组，对象头还必须有一块用于记录数组长度的数据区域。
实例数据，这一部分是Java代码中所定义的各种类型的字段内容，包含父类继承下来的和子类定义的。
对齐填充，这部分不是必要的，仅起着占位符的作用，Hotspot虚拟机要求对象起始地址必须是8的整数倍。