Java对象与JVM（二） Java对象在Java虚拟机中的内存布局

Java对象与JVM（二）

Java对象在Java虚拟机中的内存布局

在前面《Java对象在Java虚拟机中的创建过程》文章了解到Java对象实例是如何在Java堆中创建的。

下面我们详细了解Java普通对象创建后，在HotSpot虚拟机Java堆中的内存布局是怎样的，可以分为3个区域：对象头（Header）、实例数据（Instance）和对齐填充（Padding）。

1、对象头

      可以主要分为两部分：

（A）、存储对象自身运行时数据

      称为"Mark Word"；

      包括哈希码、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；

      这部分长度为32bit（32位JVM）或64bit（64位JVM）；

      被设计成一个非固定的数据结构，会根据对象的状态复用自己的存储空间，以便在极小的空间内存储尽量多信息；

      例如，32bit的Mark Word在未被锁定状态下，前25bit存储对象哈希码，4bit存储对象分代年龄，2bit存储锁标志位，1bit固定为0，如图所示

（B）、存储指向对象类型数据的指针

      通过这个指针确定这个对象是哪个类的实例；

      不是必须的，看对象的访问定位方式：

      对HotSpot虚拟机来说，由于JVM栈本地变量表中对象的reference类型引用使用直接指针，该指针指向堆内存中的对象，所以对象头中是需要存储它的类元数据指针，该指针指向方法区中对象类型数据。

（C）、如果是Java数组，对象头还需要存储数组长度

      因为数组对象类型数据中没有数组长度信息；

      而JVM可以通过普通Java对象的类元数据信息确定对象大小；



      在HotSpot虚拟机源码"markOop.hpp"注释中，对对象头信息存储有明确的说明：

            // Bit-format of an object header (most significant first, big endian layout below):
            //
            // 32 bits:
            // --------
            // hash:25 ------------>| age:4 biased_lock:1 lock:2 (normal object)
            // JavaThread*:23 epoch:2 age:4 biased_lock:1 lock:2 (biased object)
            // size:32 ------------------------------------------>| (CMS free block)
            // PromotedObject*:29 ---------->| promo_bits:3 ----->| (CMS promoted object)
            //
            // 64 bits:
            // --------
            // unused:25 hash:31 -->| unused:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (normal object)
            // JavaThread*:54 epoch:2 unused:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (biased object)
            // PromotedObject*:61 --------------------->| promo_bits:3 ----->| (CMS promoted object)
            // size:64 ----------------------------------------------------->| (CMS free block)
            //
            // unused:25 hash:31 -->| cms_free:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (COOPs && normal object)
            // JavaThread*:54 epoch:2 cms_free:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (COOPs && biased object)
            // narrowOop:32 unused:24 cms_free:1 unused:4 promo_bits:3 ----->| (COOPs && CMS promoted object)
            // unused:21 size:35 -->| cms_free:1 unused:7 ------------------

不同锁标志说明如下：

            //
            // [ptr | 00] locked ptr points to real header on stack
            // [header | 0 | 01] unlocked regular object header
            // [ptr | 10] monitor inflated lock (header is wapped out)
            // [ptr | 11] marked used by markSweep to mark an object
            // not valid at any other time

2、实例数据

       对象真正存储的有效信息；

      程序代码所定义的各种类型字段内容，以及包括父类继承或子类定义的；



存储顺序:

       受到JVM分配策略参数（FiedAllocationStyle）和字段在Java源码中定义顺序影响；

       JVM默认分配策略为：longs/double、ints、short/char、boolean、oops（Ordiary Object Pointers）；

       VM默认分配策略使得，相同宽度的字段总被分配到一起；

       这个前提下，父类定义的变量出现在子类之前；

       如果虚拟机的"CompactFields"参数为true，子类中较窄的变量可能插入到父类变量空隙中，以压缩节省空间；

3、对齐填充

       不是必然存在的；

       只起占位符作用，没有其他含义；

       HotSpot虚拟机要求对象大小必须是8字节的整数倍；

       对象头是8字节整数倍，所以填充是对实例数据没有对齐的情况来说的；

到这里，我们大体了解Java对象在HotSpot虚拟机中的内存布局，后面我们将分别去了解：对象的访问定位、方法的调用与执行、JIT编译、以及JVM垃圾收集相关内容……

【参考资料】

1、《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》第二版第2章

2、《The Java Virtual Machine Specification》Java SE 8 Edition：https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/index.html

3、《Java Platform, Standard Edition HotSpot Virtual Machine Garbage Collection Tuning Guide》：http://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/index.html

4、《Memory Management in the Java HotSpot™ Virtual Machine》：http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tech/memorymanagement-whitepaper-1-150020.pdf

5、HotSpot虚拟机参数官方说明：http://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html

Java对象与JVM（二） Java对象在Java虚拟机中的内存布局

1、对象头

2、实例数据

3、对齐填充

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