一个类的奇幻旅程 —— 类的加载与对象内存布局

本文主要是介绍一个类的奇幻旅程 —— 类的加载与对象内存布局，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

最近在学习JVM和Java高级特性，有了一些感悟，在此总结，如果有不对的地方，希望大家指出。

假设我们编写了一个java类，代码如下。

public class Student
{
    static final String schoolName = "中南林业科技大学";
    public String name;

    private Student(String name)
    {
        this.name = name;
    }

    public void speak()
    {
        System.out.println("我叫" + name + "，就读于" + schoolName);
    }

    public static void main(String[] args) 
    {
        String name = new String("黄超");
        Student student = new Student(name);
        student.speak();
    }
}

编写完成后，打开项目文件夹，我们可以看到一个名为 student.java 的文件。这就是我们编写的源文件。

现在我们执行打开 cmd ，执行 javac 命令，将它编译为一个字节码文件，这样就获得了一个名为 student.class 的文件。

接下来，我们开始执行这个类。
当我们输入执行命令后，Java虚拟机首先会加载这个类，为此JVM会自顶向下选用适当的类加载器。由于这个类是我们自己编写的，最后JVM会使用application加载器。

在加载的过程中，JVM按照类名，会读取磁盘上的 Student.class ，它是一个二进制字节流（Class字节码）。JvM会将读取的内容构建为一个class对象，也就是Student这个类的模板，然后将它放入方法区。

方法区在不同的jdk版本中，处于内存的不同的位置，对于jdk8而言，它位于Java堆的元空间中，之前这个位置被称为永生区。

加载完成后，还有链接和初始化两个步骤。在链接阶段JVM将验证Class文件中的字节流包含的信息是否符合当前虚拟机的要求。同时，会将静态变量 schoolName 放入方法区的常量池。在初始化阶段，JVM会执行模板类中的静态代码块，由于我们这个类没有，所以不会执行。

完成这一切之后，就开始正式执行了。
首先是执行主函数，JVM会将主函数放入Java虚拟机栈的栈底，为它分配一个栈帧。栈帧中存放了它的方法名、参数、运行时的临时变量。同时还有一个指向方法区中函数实体的引用。

然后就是逐行执行函数。

当函数执行到第三行时，在这里我们用 new 关键字，创建了一个 String 类型的对象 name 。

这时，JVM首先会实例化一个 String 对象放入堆空间的常量池，它的值为 “黄超” 。

然后虚拟机会在 main 的栈帧中选择一个页面，存放一个 String 类型的引用。
同时在堆中开辟一片区域，用于存放这个对象的实例。
对象的实例会首先被放在伊甸园区，经历一轮GC它后进入幸存区，经历15轮GC后会进入老年区。但这都是后话，在我们这个程序中，它因该是不会进入老年区的。
现在我们来分析以下对象实例在堆中伊甸园区是怎么组织的。它包含三个部分对象头、实例数据和对齐填充。
对象头主要包括两类信息：第一类被称为Mark Word，是用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码、GC分代年龄、锁状态、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。第二类是类型指针，用于确定对象是哪个类的实例，即指向方法区的类模板。
实例数据可以认为就是“黄超”这个字符串本身。
对其填充则是为了起占位作用，HotSpot 虚拟机要求对象的起始地址必须是8的整数倍，因此需要对齐填充。

将对象实例放入堆后，JVM会将栈中的对象引用指向堆中的实例。

随后继续执行下一行。

在这里，我们创建了一个 Student 对象，与之前创建 String 对象的过程大致相同。但要注意，这一次，堆空间中 name 存放的是一个引用，而不是一个数据。这个引用指向的正是我们之前创建的那个字符串对象，也就是作为构造函数参数传入的 name 对象。

继续， main 将会调用 student 对象的 speak 方法。它通过对象的引用，访问到堆中的对象实例，然后通过对象实例中的类型信息找到它的模板类，也就是在最开始，JVM放入方法区的那个Class类。最后它会在方法区中找到 speak 方法。
JVM随后就会将找到的这个方法压栈。
执行 speak 方法，会向控制台打印一串字符串，然后结束，退栈。之后 main 方法也会结束，退栈。这会导致Java虚拟机栈变为空，即程序执行完毕。

但是我们先不着急执行完程序，在它打印之前，也就是 speak 方法刚完成入栈的那一刻，我们来看看JVM的内存是什么情况。

虽然有些杂乱，但这正和我们之前分析的整个程序执行过程的一样。
最后，speak 函数执行，控制台打印出一串字符串。随后结束程序。
看完这里，一个类的旅程也就差不多结束了。

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