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Java 对象布局及其组成
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内容图文
Java 对象布局及其组成
在 hotspot 虚拟机中，对象在内存中布局可以被分为三部分：对象头/实例数据/补位数据。下面一张图是一个普通 java 对象和一个数组对象的结构组成：
Java 对象组成
Hotspt 采用了 OOP-Klass 模型。 它是描述 java 对象实例的模型，可分为两部分：
- OOP （Ordinary Object Pointer）指的是普通对象指针，它包含 MarkWord 和Klass 指针。MarkWord 用于存储当前对象运行时的一些状态数据；Klass 指针则指向 Klass，用来告诉当前指针指向的对象是什么类型，即对象是使用哪个类创建出来的
- 之所以采用这种一分为二的对象模型，是因为 hotspot jvm 的设计者不想让每个对象中都包含一个 virtual table （虚函数表）， 所以把对象模型拆成 klass 和 oop，其中 oop 不包含任何虚函数，而 klass 含有虚函数表，可以进行method dispatch
对象的模型如下：
volatile markOop _mark; //标识运行时数据
union _metadata {
Klass* _klass;
narrowKlass _compressed_klass;
} _metadata; //klass指针
对象头
对象头主要有两部分（数组对象有三组分）组成。 Markword, Klass 指针（数组对象的话，还有一个 length）。
MarkWord
标记字主要存储对象运行时的一部分数据。主要内容有 hashcode，GC 分代年龄，锁状态标志位，线程锁标记，偏向线程ID，偏向时间戳等。MarkWord 在32位和64位虚拟机上的大小分别位32bit 和 64bit，它的最后 2 bit 是锁标志位，用来标记当前对象的状态，具体如下：
| 状态 | 标志位 | 存储内容 |
|---|---|---|
| 未锁定 | 01 | 对象哈希码/对象分代年龄 |
| 轻量级锁定 | 00 | 指向锁记录的指针 |
| 膨胀（重量级锁定） | 10 | 执行重量级锁定的锁指针 |
| GC 标记 | 11 | 空（不需要记录信息） |
| 可偏向 | 01 | 偏向线程id, 偏向时间戳，对象分代年龄 |
32 位 vm 在不同状态下 Markword 结构如下：
Klass 指针（元数据指针）
Klass 主要指向对象所属的类信息（class metadata）。虚拟机使用它来确定当前对象属于哪个类。klass 包含类的元数据信息，像类的方法，常量池等。你可以把它当作 java 里的 java.lang.Class 对象
数组长度
如果这个对象是数组类对象，那么如上图右侧所示，会在对象头里额外的添加一个记录数组长度的字段
实例数据
这部分主要存储的是对象实际的数据
对齐填充
hotspot vm 的自动内存管理系统要求对象起始地址比必须位 8 字节的整数倍，即对象的大小必须是 8 字节的整数倍。而对象头部分正好是 8 字节的整数倍，因此，当对象实例数据部分没有对齐时，此时需要对齐填充来补齐
Java 对象大小计算
首先，对象头大小的确定
- 在32位系统中，存放 Class 的指针空间大小为 4 字节，MarkWord 为 4 字节，即对象头为 8 字节
- 在64 位系统中，存放 Class 指针的空间大小为 8 字节， MarkWord 为 8 字节，即对象头大小为 8 字节
- 64 位系统下，如果开启了指针压缩，存放 Class指针的空间大小为 4 字节，MarkWord 为 8 字节，即对象头为 12 字节
- 对于对象数据结构，参照上述三个规则，额外加上一个数组长度所含用的 4 个字节，就是最终对象头的大小
- 计算对象的大小时，静态数据是不会被考虑进去的
有很多中方法计算，这里我们使用 jol 进行计算
首先假设我们待计算的对象所属的 Class 结构如下：
public class JOLSample_10_DataModels {
/*
* This example shows the differences between the data models.
*
* First layout is the actual VM layout, the remaining three
* are simulations. You can see the reference sizes are different,
* depending on VM bitness or mode. The header sizes are also
* a bit different, see subsequent examples to understand why.
*/
public static void main(String[] args) throws Exception {
Layouter l;
l = new CurrentLayouter();
System.out.println("***** " + l);
System.out.println(ClassLayout.parseClass(A.class, l).toPrintable());
l = new HotSpotLayouter(new X86_32_DataModel());
System.out.println("***** " + l);
System.out.println(ClassLayout.parseClass(A.class, l).toPrintable());
l = new HotSpotLayouter(new X86_64_DataModel());
System.out.println("***** " + l);
System.out.println(ClassLayout.parseClass(A.class, l).toPrintable());
l = new HotSpotLayouter(new X86_64_COOPS_DataModel());
System.out.println("***** " + l);
System.out.println(ClassLayout.parseClass(A.class, l).toPrintable());
}
public static class A {
Object a;
Object b;
}
}
其在不同环境下的内存布局如下：
参考：
内容总结
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