JVM（三）JVM中對(duì)象的內(nèi)存布局詳解
2018年01月19日 23:21:47 B8613A 閱讀數(shù)：513更多
所屬專欄： JVM 深入講解
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在前面我們了解了Java對(duì)象在JVM中的創(chuàng)建過(guò)程饰剥，接下來(lái)我們?cè)賮?lái)分析一下對(duì)象在JVM中的內(nèi)存布局葡公。
在HotSpot虛擬機(jī)中岩馍，對(duì)象在內(nèi)存中存儲(chǔ)的布局可以分為3塊區(qū)域：對(duì)象頭(Header)失息，實(shí)例數(shù)據(jù)( Instance Data)和對(duì)齊填充(Padding)薄榛。如下圖所示（原諒我盜用了兩張圖岔激。兩張圖是一樣的萎攒，只是表達(dá)方式不一樣遇八，大家看看哪個(gè)好記吧！）：
[圖片上傳中...(image-9c9e0f-1559200018785-5)]
接下來(lái)我們分析其中的每一部分耍休。
一刃永、對(duì)象頭（Header）
HotSpot 虛擬機(jī)的對(duì)象頭包括兩部分（非數(shù)組對(duì)象）信息，如下圖所示：
- 第一部分用于存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)羊精，如哈希碼（HashCode）斯够、GC 分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志喧锦、線程持有的鎖读规、偏向線程ID、偏向時(shí)間戳燃少、對(duì)象分代年齡束亏，這部分信息稱為“Mark Word”；Mark Word被設(shè)計(jì)成一個(gè)非固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以便在極小的空間內(nèi)存儲(chǔ)盡量多的信息阵具，它會(huì)根據(jù)自己的狀態(tài)復(fù)用自己的存儲(chǔ)空間碍遍；
- 第二部分是類型指針，即對(duì)象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針阳液，虛擬機(jī)通過(guò)這個(gè)指針來(lái)確定這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例怕敬；
- 如果對(duì)象是一個(gè) Java 數(shù)組，那在對(duì)象頭中還必須有一塊用于記錄數(shù)組長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)帘皿。因?yàn)樘摂M機(jī)可以通過(guò)普通 Java 對(duì)象的元數(shù)據(jù)信息確定Java 對(duì)象的大小东跪，但是從數(shù)組的元數(shù)據(jù)中無(wú)法確定數(shù)組的大小。這部分?jǐn)?shù)據(jù)的長(zhǎng)度在 32 位和 64 位的虛擬機(jī)（未開(kāi)啟壓縮指針）中分別為32bit 和 64bit。
例如虽填，在 32 位的 HotSpot 虛擬機(jī)中丁恭，如果對(duì)象處于未被鎖定的狀態(tài)下，那么 Mark Word 的 32bit 空間中的 25bit 用于存儲(chǔ)對(duì)象哈希碼卤唉，4bit 用于存儲(chǔ)對(duì)象分代年齡涩惑，2bit 用于存儲(chǔ)鎖標(biāo)志位仁期，1bit 固定為 0桑驱，如下表所示：
而在其他狀態(tài)(輕量級(jí)鎖定、重量級(jí)鎖定跛蛋、cc標(biāo)記熬的、可偏向)下對(duì)象的存儲(chǔ)內(nèi)容見(jiàn)下表：
代碼清單2-2為HotSpot虛擬機(jī)markOop.cpp中的代碼(注釋)片段，它描述了32bit下Mark Word的存儲(chǔ)狀態(tài)赊级。
二押框、實(shí)例數(shù)據(jù)（Instance Data）
實(shí)例數(shù)據(jù)部分是對(duì)象真正存儲(chǔ)的有效信息，也既是我們?cè)诔绦虼a里面所定義的各種類型的字段內(nèi)容理逊，無(wú)論是從父類繼承下來(lái)的橡伞，還是在子類中定義的都需要記錄下來(lái)。
這部分的存儲(chǔ)順序會(huì)受到虛擬機(jī)分配策略參數(shù)（FieldsAllocationStyle）和字段在Java源碼中定義順序的影響晋被。
HotSpot虛擬機(jī)默認(rèn)的分配策略為longs/doubles兑徘、ints、shorts/chars羡洛、bytes/booleans挂脑、oops（Ordinary Object Pointers），從分配策略中可以看出欲侮，相同寬度的字段總是被分配到一起崭闲。在滿足這個(gè)前提條件的情況下，在父類中定義的變量會(huì)出現(xiàn)在子類之前威蕉。如果 CompactFields參數(shù)值為true（默認(rèn)為true）刁俭，那子類之中較窄的變量也可能會(huì)插入到父類變量的空隙之中。
三韧涨、對(duì)齊填充（Padding）
對(duì)齊填充并不是必然存在的薄翅，也沒(méi)有特別的含義，它僅僅起著占位符的作用氓奈。由于HotSpot VM的自動(dòng)內(nèi)存管理系統(tǒng)要求對(duì)象起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍翘魄，換句話說(shuō)就是對(duì)象的大小必須是8字節(jié)的整數(shù)倍。對(duì)象頭正好是8字節(jié)的倍數(shù)（1倍或者2倍）舀奶，因此當(dāng)對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)部分沒(méi)有對(duì)齊的話暑竟，就需要通過(guò)對(duì)齊填充來(lái)補(bǔ)全。
接下來(lái)我們看一個(gè)【估算對(duì)象大小】的小例子（好吧，這也是我從其他地方看來(lái)的_!）但荤。
32 位系統(tǒng)下罗岖，當(dāng)使用 new Object() 時(shí)，JVM 將會(huì)分配 8（Mark Word+類型指針） 字節(jié)的空間腹躁，128 個(gè) Object 對(duì)象將占用 1KB 的空間桑包。如果是 new Integer()，那么對(duì)象里還有一個(gè) int 值纺非，其占用 4 字節(jié)哑了，這個(gè)對(duì)象也就是 8+4=12 字節(jié)，對(duì)齊后烧颖，該對(duì)象就是 16 字節(jié)弱左。
以上只是一些簡(jiǎn)單的對(duì)象，那么對(duì)象的內(nèi)部屬性是怎么排布的炕淮？
Class A {
int i;
byte b;
String str;
}
其中對(duì)象頭部占用 ‘Mark Word’4 + ‘類型指針’4 = 8 字節(jié)拆火；byte 8 位長(zhǎng)，占用 1 字節(jié)涂圆；int 32 位長(zhǎng)们镜，占用 4 字節(jié)；String 只有引用润歉，占用 4 字節(jié)模狭；那么對(duì)象 A 一共占用了 8+1+4+4=17 字節(jié)，按照 8 字節(jié)對(duì)齊原則卡辰，對(duì)象大小也就是 24 字節(jié)胞皱。
這個(gè)計(jì)算看起來(lái)是沒(méi)有問(wèn)題的，對(duì)象的大小也確實(shí)是 24 字節(jié)九妈，但是對(duì)齊（padding）的位置并不對(duì)：在 HotSpot VM 中反砌，對(duì)象排布時(shí)，間隙是在 4 字節(jié)基礎(chǔ)上的（在 32 位和 64 位壓縮模式下）萌朱。上述例子中宴树，int 后面的 byte，空隙只剩下 3 字節(jié)晶疼，接下來(lái)的 String 對(duì)象引用需要 4 字節(jié)來(lái)存放酒贬，因此 byte 和對(duì)象引用之間就會(huì)有 3 字節(jié)對(duì)齊，對(duì)象引用排布后翠霍，最后會(huì)有 4 字節(jié)對(duì)齊锭吨，因此結(jié)果上依然是 7 字節(jié)對(duì)齊。此時(shí)對(duì)象的結(jié)構(gòu)示意圖寒匙，如下圖所示：
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