本文引用自文献：1）《深入理解Java虚拟机》，作者：周志明；
Java是一门面相对象编程的语言，对象在JVM中的堆中创建，GC回收时也是针对对象进行垃圾回收，所以我们有必要对JVM中的Java对象做更深一步研究，比如对象是如何创建、如何布局和如何访问等这些细节。不同的Java虚拟机对于对象的处理是不完全相同的，本文对Java对象的探究是基于HotSpot虚拟机。
对象的创建
在语言层面上，创建对象通常仅仅是一个new关键字而已，而在虚拟机中，对象(仅限于普通Java对象，不包括数组和Class对象等)的创建又是怎样一个过程呢？
第一步
虚拟机遇到一条new指令时，首先将去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，并且检查这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析和初始化过。如果没有，那就先执行相应的类加载的过程。
第二步
在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成之后便可完全确定。为对象分配内存空间的任务等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。有两种方式：
指针碰撞（Bump the Pointer）：假设Java堆中内存是规整的，所有用过的内存都放在一边，空闲的内存放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那分配内存就是将指针往空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离，这种分配内存的方式就被称为指针碰撞；
空闲列表（Free List）：如果Java堆中的内存并不是规整的，已经使用的内存和空闲内存相互交错，那就没有办法简单地使用指针碰撞的方法进行内存分配了。虚拟机此时必须维护一个列表用来记录哪些内存块是可用的，在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并且更新列表上的记录，这种分配方式就被称为空闲列表。
选择哪一种分配方式由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功能决定。因此，在使用Serial、ParNew等带Compact过程的收集器时，通常采用的分配算法是指针碰撞，而是用CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器时，通常采用空闲列表。
除了如何划分可用空间之外，还需要考虑的就是并发性问题，由于对象创建在虚拟机中是非常频繁的行为，即使是仅仅修改一个指针的位置，在并发的情况之下也并不是线程安全的，可能出现正在给对象A分配内存，指针还没来得及修改，对象B同时使用了原来的指针来分配内存的情况。解决方案也有两种：
- 一种是对分配内存空间的动作进行同步处理——实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性；
- 另一种是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(ThreadLocal Allocation Buffer，TLAB)。哪个线程需要分派内存，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。虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定。
第三步
内存分配完成之后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值(不包括对象头)，如果使用TLAB，则此工作可以提前至TLAB分配时进行。这一步操作保证了对象的实例字段在Java代码中可以不赋初值就可以直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。
第四步
接下来是创建对象头中的数据。虚拟机要对对象进行一些必要的设置，比如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息，这些信息都存放在对象的对象头（Object Header）之中。根据虚拟机当前的运行状态的不同，如是否启用偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。
第五步
在上面的工作完成之后，从虚拟机的角度来看，一个新的对象已经产生了。但从Java程序的角度来看，对象创建才刚刚开始——init方法还没执行，所有的字段都还为零。所以，一般来说(由字节码中是否跟随invokespecial指令所决定)，执行 new 指令之后会接着执行init方法，把对象按照编写的程序进行初始化，这样一个真正可用的对象才算创建完成。
对象的内存布局
在HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。
对象头
HotSpot虚拟机的对象头包含两部分：第一部分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、偏向时间戳等，这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机（未开启压缩指针）中分别为32bit和64bit，官方称它为“Mark Word”。
对象头中需要存储的运行时数据很多，其实已经超过了32位、64位 Bitmap 结构所能记录的限度。所以 Mark Word 被设计成一个动态的数据结构以便在极小的空间内存储尽量多的信息，它会根据对象的状态复用自己的存储空间。例如在32位的HotSpot虚拟机中，对象未被锁定的状态下，Mark Word的32bit空间里的25bit将用于存储对象哈希码，4bit用于存储对象分代年龄，2bit用于存储锁标志位，还有1bit固定为0（这表示未进入偏向模式）。而其他状态（轻量级锁定、重量级锁定、GC标记、可偏向）下对象头中的存储内容如下：
对象头的另外一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定是哪个类的实例。并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针，换句话说，查找对象的元数据信息并不一定要经过对象本身。
另外，如果对象是一个Java数组，那么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对象的元数据信息去定Java对象的大小，但是从数组的元数据中是无法确定数组的大小的。
实例数据
实例数据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。无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的，都需要记录起来。这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数（FiedsAllocationStyle）和字段在Java源码中定义顺序的影响。HotSpot虚拟机默认的分配策略为：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。在满足这个前提条件的情况下，在父类中定义的变量会出现在子类之前。如果CompactFieds参数值为true（默认为true），那么子类中较窄的变量也可能会插入到父类变量的空隙之中。
对齐填充
对齐填充并不是必然存在的，也没有特别的含义，它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，换句话说，就是对象的大小必须是8字节的整数倍，而对象头部分正好是8字节的倍数，因此，当对象实例部分没有对齐时，就需要通过对齐填充来补全。
对象的访问定位
Java 程序需要通过栈上的referrece数据来访问和操作堆上的具体对象。由于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、访问堆中的对象的具体位置，所以对象访问方式也是取决于虚拟机实现而定的。目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。
句柄访问
如果使用句柄访问，那么Java堆中将划分出一块内存来作为句柄池，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与类型数据各自的具体地址信息，如下图。
句柄访问的好处：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指针，而reference本身不需要修改。
直接指针
如果使用直接指针访问，reference中存储的就是对象地址，而Java堆中对象的布局就必须考虑如何保存访问类型数据的相关信息，如下图。
直接指针访问的好处：速度更快，它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。
对于HotSpot 虚拟机而言，它是使用直接指针方式进行对象访问的，但从整个软件开发的范围来看，各种语言和框架使用句柄来访问的情况也十分常见。