Java对象结构【面试+工作】
在HotSpot虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为3块区域:对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)。下图是普通对象实例与数组对象实例的数据结构:
HotSpot虚拟机的对象头包括两部分信息:
实例数据部分是对象真正存储的有效信息,也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承下来的,还是在子类中定义的,都需要记录起来。
第三部分对齐填充并不是必然存在的,也没有特别的含义,它仅仅起着占位符的作用。由于HotSpot VM的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍,换句话说,就是对象的大小必须是8字节的整数倍。而对象头部分正好是8字节的倍数(1倍或者2倍),因此,当对象实例数据部分没有对齐时,就需要通过对齐填充来补全。
要点 1. 在32位系统下,存放Class指针的空间大小是4字节,MarkWord是4字节,对象头为8字节。 2. 在64位系统下,存放Class指针的空间大小是8字节,MarkWord是8字节,对象头为16字节。 3. 64位开启指针压缩的情况下,存放Class指针的空间大小是4字节,MarkWord是8字节,对象头为12字节。 数组长度4字节+数组对象头8字节(对象引用4字节(未开启指针压缩的64位为8字节)+数组markword为4字节(64位未开启指针压缩的为8字节))+对齐4=16字节。 4. 静态属性不算在对象大小内。
HotSpot中采用了OOP-Klass模型,它是描述Java对象实例的模型,它分为两部分:
HotSpot中,OOP-Klass实现的代码都在/hotspot/src/share/vm/oops/路径下,oop的实现为instanceOop 和 arrayOop,他们来描述对象头,其中arrayOop对象用于描述数组类型。
以下就是oop.hhp文件中oopDesc的源码,可以看到两个变量_mark就是MarkWord,_metadata就是元数据指针,指向klass对象,这个指针压缩的是32位,未压缩的是64位;
一个Java对象在内存中的布局可以连续分成两部分:instanceOop(继承自oop.hpp)和实例数据;
上图可以看到,通过栈帧中的对象引用reference找到Java堆中的对象,再通过对象的instanceOop中的元数据指针klass来找到方法区中的instanceKlass,从而确定该对象的类型。
下面来分析一下,执行new A()的时候,JVM 做了什么工作。首先,如果这个类没有被加载过,JVM就会进行类的加载,并在JVM内部创建一个instanceKlass对象表示这个类的运行时元数据(相当于Java层的Class对象)。初始化对象的时候(执行invokespecial A::),JVM就会创建一个instanceOopDesc对象表示这个对象的实例,然后进行Mark Word的填充,将元数据指针指向Klass对象,并填充实例变量。
元数据—— instanceKlass 对象会存在元空间(方法区),而对象实例—— instanceOopDesc 会存在Java堆。Java虚拟机栈中会存有这个对象实例的引用。
为了提高性能,每个对象的起始地址都对齐于8字节,当封装对象的时候为了高效率,对象字段声明的顺序会被重排序成下列基于字节大小的顺序:
子类字段重复上述顺序。 我们可以测试一下java对不同类型的重排序,使用jdk1.8,采用反射的方式先获取到unsafe类,然后获取到每个field在类里面的偏移地址,就能看出来了 测试代码如下:
以上代码运行结果如下
除了int字段跑到了前面来了,还有两个添加了contended注解的字段外,其它字段都是按照重排序的顺序,类型由最长到最短的顺序排序的;
有的童鞋疑惑了,为啥int跑到前面来了呢?这是因为int字段被提升到前面填充对象头了,对象头有12个字节,会优先在字段中选择一个或多个能够将对象头填充为16个字节的field放到前面,如果填充不满,就加上padding,上面的例子加上一个4字节的int,正好是16字节,地址按8字节对齐;