Java中通过new 关键字创建一个类的实例对象,对象存于内存的堆中并给其分配一个内存地址,那么是否想过如下这些问题:
这个实例对象是以怎样的形态存在内存中的?
一个Object对象在内存中占用多大?
对象中的属性是如何在内存中分配的?
在JVM中,Java对象保存在堆中时,由以下三部分组成:
对象头(Object header):包括了关于堆对象的布局、类型、GC状态、同步状态和标识哈希码的基本信息。Java对象和vm内部对象都有一个共同的对象头格式。
实例数据(Instance Data):主要是存放类的数据信息,父类的信息,对象字段属性信息。
对齐填充(Padding):为了字节对齐,填充的数据,不是必须的。
如果对象是一个Java数组,那么对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据,因为虚拟机可以通过普通Java对象的元数据信息确定Java对象的大小,但是从数组的元数据中无法确定数组的大小。
Mark Word
用于存储对象自身的运行时数据,如哈希码(HashCode)、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等等。
Mark Word在32位JVM的长度是32bit,在64位JVM中长度是64bit。我们打开openjdk的源码包,对应路径/openjdk/hotspot/src/share/vm/oops,Mark Word对应到C++的代码MarkOop.hpp,可以从注释中看到它们的组成,本题代码是基于JDK1.8。
Mark Word在不同的锁状态下存储的内容不同
在32位JVM中是这么存的
在64位JVM中是这么存的
虽然它们在不同位数的JVM中长度不一样,但是基本组成内容是一致的。
锁标志位(lock):区分锁状态,11时表示对象待GC回收状态,只有最后2位锁标识(11)有效。
biased_lock:是否偏向锁,由于无锁和偏向锁的锁标识都是01,没办法区分,这里引入一位的偏向锁标识位。
分代年龄(age):表示对象被GC的次数,当该次数到达阈值的时候,对象就会转移到老年代。
对象的hashcode(hash):运行期间调用System.identityHashCode()来计算,延迟计算,并把结果赋值到这里。当对象加锁后,计算的结果31位不够表示,在偏向锁,轻量锁,重量锁,hashcode会被转移到Monitor中。
偏向锁的线程ID (JavaThread):偏向模式的时候,当某个线程持有对象的时候,对象这里就会被置为该线程的ID。在后面的操作中,就无需再进行尝试
获取锁的动作。
epoch:偏向锁在CAS锁操作过程中,偏向性标识,表示对象更偏向哪个锁。ptr_to_lock_record:轻量级锁状态下,指向栈中锁记录的指针。当锁获取是
无竞争的时,JVM使用原子操作而不是 OS互斥。这种技术称为轻量级锁定。在轻量级锁定的情况下,JVM通过CAS操作在对象的标题字中设置指向锁记录的指针。
ptr_to_heavyweight_monitor:重量级锁状态下,指向对象监视器Monitor的指针。如果两个不同的线程同时在同一个对象上竞争,则必须将轻量级锁定升级到Monitor以管理等待的线程。在重量级锁定的情况下,JVM在对象的ptr_to_heavyweight_monitor设置指向Monitor的指针。
Klass Pointer
即类型指针,是对象指向它的类元数招的指针,虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。
实例数据
如果对象有属性字段,则这里会有数据信息。如果对象无属性字段,则这里就不会有数据。根据字段类型的不同占不同的字节,例如boolean类型占1个字节,int类型占4个字节等等;
对齐数据
对象可以有对齐数据也可以没有。默认情况下,Java虚拟机堆中对象的起始地址需要对齐至8的倍数。如果一个对象用不到8N个字节则需要对其填充,以此来补齐对象头和实例数据占用内存之后剩余的空间大小。如果对象头和实例数据已经占满了JVM所分配的内存空间,那么就不用再进行对齐填充了。
所有的对象分配的字节总SIZE需要是8的倍数,如果前面的对象头和实例数据占用的总SIZE不满足要求,则通过对齐数据来填满。
为什么要对齐数据?
字段内存对齐的其中一个原因,是让字段只出现在同一CPU 的缓存行中。如果字段不是对齐的,那么就有可能出现跨缓存行的字段。也就是说,该字段的读取可能需要替换两个缓存行,而该字段的存储也会同时污染两个缓存行。这两种情况对程序的执行效率而言都是不利的。其实对其填充的最终目的是为了计算机高效寻址。
至此,我们已经了解了对象在堆内存中的整体结构布局,如下图所示
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