JVM系列之:詳解java object對象在heap中的結構

簡介

在以前的文章中，咱們介紹了使用JOL這一神器來解析java類或者java實例在內存中佔用的空間地址。

今天，咱們會更進一步，剖析一下在以前文章中沒有講解到的更深層次的細節。一塊兒來看看吧。

對象和其隱藏的祕密

java.lang.Object你們應該都很熟悉了，Object是java中一切對象的鼻祖。

接下來咱們來對這個java對象的鼻祖進行一個詳細的解剖分析，從而理解JVM的深層次的祕密。

工具固然是使用JOL：

@Slf4j
public class JolUsage {

    @Test
    public void useJol(){
        log.info("{}", VM.current().details());
        log.info("{}", ClassLayout.parseClass(Object.class).toPrintable());
        log.info("{}", ClassLayout.parseInstance(new Object()).toPrintable());
    }
}

代碼很簡單，咱們打印JVM的信息，Object class和一個新的Object實例的信息。

看下輸出：

[main] INFO com.flydean.JolUsage - # Running 64-bit HotSpot VM.
# Using compressed oop with 3-bit shift.
# Using compressed klass with 3-bit shift.
# WARNING | Compressed references base/shifts are guessed by the experiment!
# WARNING | Therefore, computed addresses are just guesses, and ARE NOT RELIABLE.
# WARNING | Make sure to attach Serviceability Agent to get the reliable addresses.
# Objects are 8 bytes aligned.
# Field sizes by type: 4, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]
# Array element sizes: 4, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]

10:27:32.311 [main] INFO com.flydean.JolUsage - java.lang.Object object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0    12        (object header)                           N/A
     12     4        (loss due to the next object alignment)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

10:27:32.312 [main] INFO com.flydean.JolUsage - java.lang.Object object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4        (object header)                           05 00 00 00 (00000101 00000000 00000000 00000000) (5)
      4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4        (object header)                           86 06 00 00 (10000110 00000110 00000000 00000000) (1670)
     12     4        (loss due to the next object alignment)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

從上面的結果咱們知道，在64位的JVM中，一個Object實例是佔用16個字節。

由於Object對象中並無其餘對象的引用，因此咱們看到Object對象只有一個12字節的對象頭。剩下的4個字節是填充位。

Object對象頭

那麼這12字節的對象頭是作什麼用的呢？

若是想要深刻了解這12字節的對象頭，固然是要去研讀一下JVM的源碼：src/share/vm/oops/markOop.hpp。

有興趣的小夥伴能夠去看看。若是沒有興趣，不要緊，這裏給你們一個張總結的圖：

javaObject對象的對象頭大小根據你使用的是32位仍是64位的虛擬機的不一樣，稍有變化。這裏咱們使用的是64位的虛擬機爲例。

Object的對象頭，分爲兩部分，第一部分是Mark Word，用來存儲對象的運行時數據好比：hashcode，GC分代年齡，鎖狀態，持有鎖信息，偏向鎖的thread ID等等。

在64位的虛擬機中，Mark Word是64bits，若是是在32位的虛擬機中Mark Word是32bits。

第二部分就是Klass Word，Klass Word是一個類型指針，指向class的元數據，JVM經過Klass Word來判斷該對象是哪一個class的實例。

且慢！

有的小夥伴可能發現了問題，以前咱們用JOL解析Object對象的時候，Object head大小是12字節，也就是96bits，這裏怎麼寫的是128bits？

沒錯，若是沒有開啓COOPs就是128bits，若是開啓了COOPs，那麼Klass Word的大小就從64bits降到了32bits。

還記得咱們以前講的COOPs嗎？

COOPs就是壓縮對象指針技術。

對象指針用來指向一個對象，表示對該對象的引用。一般來講在64位機子上面，一個指針佔用64位，也就是8個字節。而在32位機子上面，一個指針佔用32位，也就是4個字節。

實時上，在應用程序中，這種對象的指針是很是很是多的，從而致使若是一樣一個程序，在32位機子上面運行和在64位機子上面運行佔用的內存是徹底不一樣的。64位機子內存使用多是32位機子的1.5倍。

而壓縮對象指針，就是指把64位的指針壓縮到32位。

怎麼壓縮呢？64位機子的對象地址仍然是64位的。壓縮過的32位存的只是相對於heap base address的位移。

咱們使用64位的heap base地址+ 32位的地址位移量，就獲得了實際的64位heap地址。

對象指針壓縮在Java SE 6u23 默認開啓。在此以前，可使用-XX:+UseCompressedOops來開啓。

數組對象頭

java中有一個很是特別的對象叫作數組，數組的對象頭和Object有什麼區別嗎？

咱們用JOL再看一次：

log.info("{}",ClassLayout.parseClass(byte[].class).toPrintable());

log.info("{}",ClassLayout.parseInstance("www.flydean.com".getBytes()).toPrintable());

上面的例子中咱們分別解析了byte數組的class和byte數組的實例：

10:27:32.396 [main] INFO com.flydean.JolUsage - [B object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0    16        (object header)                           N/A
     16     0   byte [B.<elements>                             N/A
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total

10:27:32.404 [main] INFO com.flydean.JolUsage - [B object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4        (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
      4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4        (object header)                           22 13 07 00 (00100010 00010011 00000111 00000000) (463650)
     12     4        (object header)                           0f 00 00 00 (00001111 00000000 00000000 00000000) (15)
     16    15   byte [B.<elements>                             N/A
     31     1        (loss due to the next object alignment)
Instance size: 32 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 1 bytes external = 1 bytes total

看到區別了嗎？咱們發現數組的對象頭是16字節，比普通對象的對象頭多出了4個字節。這4個字節就是數組的長度。

整個對象的結構

好了，寫到這裏咱們來總結一下，java對象的結構能夠分爲普通java對象和數組對象兩種：

數組對象在對象頭中多了一個4字節的長度字段。

你們看到最後的字節是padding填充字節，爲何要填充呢？

由於JVM是以8字節爲單位進行對其的，若是不是8字節的整數倍，則須要補全。

本文連接： http://www.flydean.com/jvm-java-object-in-heap/

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