Java对象的内存布局详细介绍

2023-02-13 12:02:07 对象 布局 详细介绍

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。

一、对象头

Java对象的对象头由三部分组成：

1)、Mark Word

MarkWord用于存储对象自身的运行时数据， 如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、同步锁信息、偏向锁标识等等。Mark Word在32位JVM中的长度是32bit，在64位JVM中长度是64bit。

通常我们都是使用的64位的JVM，Mark Word 在64位 JVM 中内部结构如下图：

2)、类型指针

类型指针指向对象的类元数据，虚拟机通过这个指针确定该对象是哪个类的实例。Java对象的类数据保存在方法区。

3)、数组长度(只有数组对象才有)

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。如果对象是数组类型，因为JVM虚拟机可以通过Java对象的元数据信息确定Java对象的大小，但是无法从数组的元数据来确认数组的大小，所以用一块来记录数组长度。

二、实例数据

实例数据部分存放类的属性数据信息，包括父类的属性信息。

通过示例说明每个区域具体存放哪些内容：

class Student {
    private String name;
    public Student(String name) {
        this.name = name;
    }
}
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Student studentA = new Student("zhangsan");
        Student studentB = new Student("lisi");
    }
}

JVM结构图如下所示：

三、对齐填充

由于虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，所以后面有几个字节用于把对象的大小补齐至8字节的整数倍，没有特别的功能，对齐填充不是必须存在的，仅仅是为了字节对齐。

为什么必须是8个字节？

根据“计算机组成原理”，8个字节是计算机读取和存储的最佳实践。

四、使用JOL工具分析对象内存布局

接下来我们使用JOL（Java Object Layout）工具，它是一个用来分析JVM中Object布局的小工具。包括Object在内存中的占用情况，实例对象的引用情况等等。

直接在Maven工程中加入对应的依赖：

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

通过JOL查看new Object()的对象布局信息：

public class JOLDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Object();
        System.out.println("十进制hashCode = " + obj.hashCode());
        System.out.println("十六进制hashCode = " + Integer.toHexString(obj.hashCode()));
        System.out.println("二进制hashCode = " + Integer.toBinaryString(obj.hashCode()));
        String str = ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable();
        System.out.println(str);
    }
}

运行结果如下：

十进制hashCode = 1956725890
十六进制hashCode = 74a14482
二进制hashCode = 1110100101000010100010010000010
java.lang.Object object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4        (object header)                           01 82 44 a1 (00000001 10000010 01000100 10100001) (-1589345791)
      4     4        (object header)                           74 00 00 00 (01110100 00000000 00000000 00000000) (116)
      8     4        (object header)                           e5 01 00 f8 (11100101 00000001 00000000 11111000) (-134217243)
     12     4        (loss due to the next object alignment)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

解释下各个字段的含义：

  • OFFSET是偏移量，也就是到这个字段位置所占用的字节数；
  • SIZE是后面类型的大小；
  • TYPE是Class中定义的类型；
  • DESCRIPTION是类型的描述；
  • VALUE是TYPE在内存中的值；

从上图可以看出Object obj = new Object()；在内存中占16个字节，注意最后面的(loss due to the next object alignment)其实就是对齐填充的字节数，这里由于Object obj = new Object()；没有实例数据，对象头总共占用了12个字节（默认开启了指针压缩-XX:+UseCompressedOops），由于虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，所以还需要对齐填充4个字节，达到2倍的8bit。

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