Java對象內存佈局之謎

一個Java對象在堆上除了成員信息，還有其餘內容嗎？他在堆上是如何佈局的？接下來本文將以Hotspot爲例分析Java對象內存佈局之謎。

堆中的Java對象

在Hotspot中一個Java對象包含以下三個部分:

1. 對象頭
2. 實例信息
3. 對齊信息

對象頭

對象頭要分兩種類型：

• 普通對象包含：Mark Word、Klass Pointer
• 數組對象包含：Mark Word、Klass Pointer、Array Length

不一樣類型JVM下，對象頭每一部分佔用內存大小

數據類型	32位JVM(bit)	64位JVM(bit)	開啓指針壓縮的64位JVM(bit)
Mark Word	32	64	64
Klass Pointer	32	64	32
Array Length	32	32	32

可見在64位JVM中開啓指針壓縮(-XX:UseCompressedOops)後, JVM只是針對類型指針(Klass Pointer)進行壓縮。而數組長度無論在什麼類型的JVM裏都是32bit。

不一樣類型JVM下，對象頭佔用內存大小

數據類型	32位JVM(bit)	64位JVM(bit)	開啓指針壓縮的64位JVM(bit)
普通對象	64	128	96
數組對象	96	160	128

因而可知，對象頭仍是比較耗空間的。那麼用了這麼多內存，對象頭具體都存放了寫什麼信息呢？

mark word

mark word裏存放的是對象運行時的信息，不一樣狀態的對象裏mark word 存放的信息是不一樣的。具體內容可看下錶：

32位JVM

存儲內容(30bit)	鎖狀態(2bit)
identify_hashcode:25 | age:4 | biased_lock:1	(01)無鎖
threadId:23 | age:4 | epoch:2 | biased_lock:1	(01)偏向鎖
ptr_to_lock_record:30	(00)輕量級鎖
ptr_to_heavyweight_monitor:30	(10)重量級鎖
gc_info:30	(11)GC標記

64位JVM

存儲內容(62bit)	鎖狀態(2bit)
unused:25 | identify_hashcode:25 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1	(01)無鎖
threadId:54 | epoch:2 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1	(01)偏向鎖
ptr_to_lock_record:62	(00)輕量級鎖
ptr_to_heavyweight_monitor:62	(10)重量級鎖
gc_info:62	(11)GC標記

1. 名詞解釋：

   • age: GC分代年齡
   • identify_hashcode: 對象的hashcode值
   • threadId: 偏向線程的Id
   • biased_lock: 是不是偏向鎖，由於只佔一個bit,因此只有0和1
   • epoch: 偏向時間戳
   • ptr_to_lock_record: 指向棧中輕量級鎖記錄的指針
   • ptr_to_heavyweight_monitor:指向棧中重量級鎖的指針
   • GC標記: 用於GC算法對對象的標記
   • gc_info: GC算法給不一樣狀態的標記信息

2. 爲何要這麼實現？

   1. 由於對象頭信息是跟對象自身定義的數據結構無關的。這些信息所記錄的狀態是用於JVM對對象的管理的。更重要的是，不一樣狀態的存儲內容基本上是互斥的。因此基於節省空間的角度考慮，Mark Word 被設計成動態的。

3. identify_hashcode 既然有方法能夠生成爲何要放在對象頭裏？

   1. 當一個對象的hashCode()未被重寫時，調用這個方法會返回一個由隨機數算法生成的值。由於一個對象的hashCode不可變，因此須要存到對象頭中。當再次調用該方法時，會直接返回對象頭中的hashcode。
   2. identify_hashcode 採用延遲加載的方式生成。只有調用hashcode()時，纔會寫入對象頭。若一個類的hashCode()方法被重寫，對象頭中將不存儲hashcode信息，由於通常咱們本身實現的hashcode()並未將生成的值寫入對象頭。

4. 當對象的狀態不是默認狀態時，對象的hashcode去哪兒了？

   1. 當是輕量級鎖/重量級鎖時，jvm會將對象的 mark word 複製一份到棧幀的Lock Record中。 等線程釋放該對象時，再從新複製給對象。
   2. 若是一個對象頭中存在hashcode,則沒法使用偏向鎖。

Klass Pointer

類型指針存放的是該對象對應的類的指針。即該指針應該指向方法區的內存區域。

Array Length

數組長度只在數組類型的對象中存在。用於記錄數組的長度。避免獲取數組長度時，動態計算。以空間換時間。

實例信息

該部分存儲了一個類定義的全部的數據類型信息,包含從父類中繼承的信息。

分配策略

• 相同寬度的字段放在一塊兒
• 父類的字段在前，子類的字段在後
• 若設置CompactFields=true,則子類窄類型的變量也可能插入到父類的變量的空隙中

對齊信息

因爲HotSpot規定對象的大小必須是8的整數倍，而對象頭恰好是8的整數倍，若是對象實例數據這部分不是的話，就須要佔位符對齊填充。

參考

• <<深刻理解Java虛擬機: JVM高級特性與最佳實踐>>