JVM之对象内存布局

本文我们将介绍一下关于对象的内存布局&如何访问堆中的对象。

前言

Object object = new Object()谈谈你对这句话的理解？一般而言在JDK8按照默认的情况下，new一个对象占多少内存空间。

• 之前讨论过对象其位置存储在堆中（常规情况：伊甸园→S0/S1→老年代）
• 现在讨论起布局，即对象的构成是什么？头体？

对象内存布局

在HotSpot虚拟机里，对象在堆内存中的存储布局可以划分为三个部分：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）

1）对象头

对象头包含两部分数据：

• 运行时元数 Mark Word
• 类型指针 Class Pointer

如果对象是数组，则还需记录数组的长度。如下图所示：

运行时元数据 Mark World

• 存储HashCode、对象年龄、锁状态标志、线程持有的锁等信息

• 在64位系统中，Mark Word占了8个字节，类型指针占了8个字节【开启指针压缩是4字节】，一共是16(12)个字节；

• 如果new一个对象，没有实例数据的话，就是16个字节【默认是开始指针压缩的-XX:+UseCompressedClassPointers，对齐填充4字节】

• Mark Word的存储结构如下图所示

  

类型指针 Class Pointer

• 指向方法区的类元信息（对象模板），虚拟机通过这个指针来确定对象是哪个类的实例

2）实例数据

• 是对象真正存储的有效信息，即类中定义的各种类型属性（包括从父类继承下来的和本身定义的）。
• 实例数据存放具有一定规则：
  1. 相同宽度的字段总是被分配在一起；
  2. 父类中定义的变量会出现在子类之前；
  3. 如果CompactFields参数为true（默认为true）：子类的窄变量可能插入到父类变量的空隙

3）对齐填充

• 虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍【具体原因这里就不赘述了，读者可自行查阅相关资料】。
• 填充数据不是必须存在的，仅仅是为了字节对齐这部分内存按8字节补充对齐

4）JOL验证

引入JOL依赖

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.9</version>
</dependency>

使用JOL查看Object对象内部细节

使用JOL查看Customer对象内部细节

public class Customer {
    int id;
    boolean flag = false;
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new Customer()).toPrintable());
    }
}

• 7→填充的字节数
• 声明一个Customer的实例，只有一个对象头的实例对象，12字节（开启压缩指针）+ 4字节[int] + 1字节[boolean]=17字节，此时需要对齐填充到24字节

默认开启指针压缩的 -XX:+UseCompressedClassPointers

• 12 + 4(对齐填充) == 一个对象16字节（不算实例数据）

手动关闭指针压缩 -XX:-UseCompressedClassPointers

• 8 + 8 == 16字节（不算实例数据）

图示对象的内存布局

对象的访问定位

创建对象是为了后续使用该对象，那么JVM是如何通过栈帧中的对象引用访问到其内部的对象实例的呢？

• 通过栈上的reference访问

而reference类型只是一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过什么方式去定位、访问到堆中对象的具体位置，而JVM中主流的对象访问方式主要有使用句柄和直接指针两种方式。

1）句柄访问

Java堆中可能会划分出一块内存来作为句柄池，而reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自具体的地址信息。

• 优点：reference中存储稳定句柄地址，对象被移动（垃圾收集时候移动对象很普遍）时会改变句柄中的实例数据指针即可，reference本身不需要被修改
• 缺点：需要多占用一些空间

2）直接指针

• HotSpot使用该方式。

使用直接指针访问的话，Java堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，reference中存储的直接就是对象地址，如果只是访问对象本身的话，就不需要多一次间接访问的开销。