1. 对象的创建

对象的创建过程：

1.1 类加载检查

虚拟机遇到一条new指令时，先检查这个指令的参数能否在常量池中定位到一个类的符号引用，并检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有，则先进行类的加载过程。

1.2 分配内存

对象所需的内存大小在类加载完成就可以完全确定，为对象分配内存空间的任务等同于从堆中划分出一块固定大小的内存。

分配内存有两种方式：

指针碰撞：假设Java堆中的内存是规整的，用过的内存在一边，空闲的在另一边，中间有一个指针作为分界点的指示器，
    所分配的内存就把那个指针向空闲那边挪动一段与对象大小相等的距离。

空闲列表：如果Java堆中的内存不是规整的，虚拟机必须维护一个列表，记录哪些内存块可用的，
    分配时从列表中找到一块足够大的空间划分给对象，并更新列表的记录。

选择哪种分配方式由java堆是否规整决定，而java堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理的功能决定。因此Serial、ParNew等带有Compact过程的收集器时，采用的是指针碰撞，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。

在划分可用空间时，会遇到线程安全的问题，例如在指针碰撞方式中线程A和B同时修改指针。解决线程安全问题有两种方案：

1). 对分配内存空间的动作进行同步处理：虚拟机采用CAS方式保证更新操作的原子性；

2). 把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲（TLAB）。
    哪个线程需要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB时，才需要同步锁定。
    是否使用TLAB可通过-XX：+UseTLAB参数来设定。

1.3 初始化零值

将分配到的内存空间都初始化为零值(不包括对象头)，如果用TLAB，则在TLAB分配时初始化为零值。这一步操作保证了对象的实例字段在java代码中不赋初始值就能直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

1.4 设置对象头

主要设置类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息。

1.5 执行init方法初始化

一般new指令后会跟随invokespecial指令，当跟随invokespecial指令时，就要执行方法，该方法用于实例初始化，父类初始化和私有方法。把对象按照代码中定义的进行初始化，这样一个真正的对象才算完全产生出来。

2. 对象的内存布局

对象在内存中存储的布局可分为三个部分：对象头、实例数据和对齐填充。

2.1 对象头

对象头包括两个部分：mark word和类型指针。

2.1.1 mark word

mark word用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（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、对象分代年龄，这部分的数据长度在32位和64位的虚拟机（未开启压缩指针）中分别为32bit和64bit。

Mark Word被设计成一个非固定的数据结构以便在极小的空间内存储尽量多的信息，它会根据自己的状态复用自己的存储空间。

2.1.1 类型指针

类型指针，即对象指向它所属类的元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例；如果对象是一个Java数组，那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据。因为虚拟机可以通过普通Java对象的元数据信息确定Java对象的大小，但是从数组的元数据中无法确定数组的大小。

2.2 实例数据

实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容，包括从父类中继承的字段信息。

这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略和字段在java代码中定义顺序的影响，Hotspot默认的分配策略为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops(ordinary object pointers)。

从分配策略中可以看出，相同宽度的字段总是被分配到一起。

2.3 对齐填充

对齐填充不是必然存在的，没有特别含义，仅仅起着占位符的作用。由于Hotspot VM的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，即对象的大小必须是8字节的整数倍。因此，当对象实例数据部分没有对齐时，就需要对齐填充来不全。

3. 对象的访问定位

reference类型在java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中对象的具体位置。目前各虚拟机实现的访问方式有句柄和直接指针两种。

3.1 句柄

如果使用句柄访问，Java堆中将会划分出一块内存作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据和对象类型数据各自的具体地址信息，这种方式下，reference到对象类型数据进行了两次指针定位：

3.2 直接指针

如果使用直接指针访问，那么Java堆对象的布局必须考虑如何放置访问类型的数据的相关信息，而reference中存储的直接就是对象地址：

这两种对象访问方式各有优劣，句柄的最大好处是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动(垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为)时只会改变句柄中的实例数据的指针，而reference本身不需要修改。

使用直接指针方式的好处是速度快，节省了一次指针定位的时间开销，由于对象的访问在Java中非常的频繁，因此这类开销积少成多后也是一项非常可观的执行成本。HotSpot就是使用的是直接指针访问方式。

参考：《深入理解java虚拟机》