对象内存布局(结构)

对象内存布局(结构)

对象头

1.对象头形式

JVM中对象头的方式有以下两种（以32位JVM为例）：

1.1.普通对象

|--------------------------------------------------------------|
|                     Object Header (64 bits)                  |
|------------------------------------|-------------------------|
|        Mark Word (32 bits)         |    Klass Word (32 bits) |
|------------------------------------|-------------------------|

1.2.数组对象

|---------------------------------------------------------------------------------|
|                                 Object Header (96 bits)                         |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|
|        Mark Word(32bits)       |    Klass Word(32bits) |  array length(32bits)  |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|

2.对象头的组成

2.1.Mark Word

• 存储对象自身的运行时数据，如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。
• 长度在32位和64位JVM(未开启压缩指针)中分别为32bit和64bit。

// 源码注释
// 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 ------------------>| (COOPs && CMS free block)

// 伪代码，模拟判断逻辑
if (lock == 01) {
    if (biased_lock == 0) {
        return "无锁，25bit记录Hash，4bit年龄";
    }
    if (biased_lock == 1) {
        return "偏向锁，23bit记录偏向线程ID，2bit记录偏向时间戳，4bit年龄";
    }
}
if (lock == 00) {
    return "轻量锁，30bit记录指向栈中锁记录的指针";
}
if (lock == 10) {
    return "重量锁，30bit记录指向管程Monitor的指针";
}
if (lock == 11) {
    return "GC标记，不需要记录信息";
}

1. lock：2位的锁状态标记位，由于希望用尽可能少的二进制位表示尽可能多的信息，所以设置了lock标记。该标记的值不同，整个mark word表示的含义不同。
2. biased_lock：对象是否启用偏向锁标记，只占1个二进制位。为1时表示对象启用偏向锁，为0时表示对象没有偏向锁。
3. age：4位的Java对象年龄。在GC中，如果对象在Survivor区复制一次，年龄增加1。当对象达到设定的阈值时，将会晋升到老年代。默认情况下，并行GC的年龄阈值为15，并发GC的年龄阈值为6。由于age只有4位，所以最大值为15，这就是-XX:MaxTenuringThreshold选项最大值为15的原因。
4. identity_hashcode：25位的对象标识Hash码，采用延迟加载技术。调用方法System.identityHashCode()计算，并会将结果写到该对象头中。当对象被锁定时，该值会移动到管程Monitor中。
5. thread：持有偏向锁的线程ID。
6. epoch：偏向时间戳。
7. ptr_to_lock_record：指向栈中锁记录的指针。
8. ptr_to_heavyweight_monitor：指向管程Monitor的指针。

2.2.class pointer

这一部分用于存储对象的类型指针，该指针指向它的类元数据，JVM通过这个指针确定对象是哪个类的实例。该指针的位长度为JVM的一个字大小，即32位的JVM为32位，64位的JVM为64位。

如果应用的对象过多，使用64位的指针将浪费大量内存，统计而言，64位的JVM将会比32位的JVM多耗费50%的内存。为了节约内存可以使用选项+UseCompressedOops开启指针压缩，其中，oop即ordinary object pointer普通对象指针。开启(有些版本默认开启)该选项后，下列指针将压缩至32位：

1. 每个Class的属性指针（即静态字段）
2. 每个对象的属性指针（即对象字段）
3. 普通对象数组的每个元素指针

当然，也不是所有的指针都会压缩，一些特殊类型的指针JVM不会优化，比如指向PermGen的Class对象指针(JDK8中指向元空间的Class对象指针)、本地变量、堆栈元素、入参、返回值和NULL指针等。

2.3.array length

如果对象是一个数组，那么对象头还需要有额外的空间用于存储数组的长度，这部分数据的长度也随着JVM架构的不同而不同：32位的JVM上，长度为32位；64位JVM则为64位。64位JVM如果开启+UseCompressedOops选项，该区域长度也将由64位压缩至32位。

实例数据(Instance Data)

• 即Java代码中定义的字段内容，包含从父类继承下来的。
• 存储顺序：受到虚拟机分配策略参数（FieldsAllocationStyle）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（OrdinaryObjectPointers），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CompactFields参数值为true（默认为true），那么子类之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

• 不是必然存在，也没有特别含义，只起占位符作用。
• HotSpotVM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。

对象访问定位

对象访问定位

参考文献：

Java对象头详解
markOop.hpp
CompressedOops