JVM系列之对象深度探秘

起笔

最近的一段时间的精神有点萎靡，导致前两篇文章写的不尽人意，所以就休息了一段时间再来更新文章。

参考书籍：“深入理解java虚拟机”

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对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中，对象的内存布局分为一下3块区域：

• 对象头（Header）
• 实例数据（Instance Data）
• 对齐填充（Padding）

对象头中包含了类型指针（Class Pointer），通过改指针能确定对象属于那个类。如果对象是数组对象那么对象头中还会包含数组的长度。

对象头（Header）

在HostSpot虚拟机对象的对象头部分包含了两类信息：

• 用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码、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，这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机中分别为32bit和64bit（8byte），官方称它为“Mark World”

• 对象头的另外一部分是类型指针，即对象指向它的类型元数据的指针（Class Pointer），Java虚拟机通过这个指针来确定该对象是那个类的实例。此外，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，但是如果数组的长度是不确定，将无法通过元数据的信息推断出数组的大小。因此，如果对象是一个数组，那么对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数组，也就是上图中的Data Length。

实例数据（Instance Data）

实例数据是对象真正存储的有效信息，即我们在程序代码里面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字段都必须记录起来。

对齐填充（Padding）

对齐填充并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起占位符的作用。那为什么要有这么一段数据是因为HotSpot虚拟机的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8byte的整数倍，换句话说就是任何对象的大小都必须是8字节的整数倍。对象头部分已经被精心设计成正好是8byte的倍数（1倍或者是2倍），因此，如果对象实例数据部分没有对齐的话，就需要通过对齐填充来补全。

分析案例

我们已经有对象内存布局的理论知识，现在，我们通过一个案例来加深一下印象：

案例：

new user();在内存中一共占多少个字节？

public class user {
    
   private String name;
   private int age;
}

解析

在开始之前，我们需要创建一个maven项目,然后引入JOL工具包

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.16</version>
</dependency>

执行代码：

public class ObjectTest {
    
    public static void main(String[] args) {
    
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new user()).toPrintable());
    }
    static class user {
    
        private String name;
        private int age;
    }
}

JVM参数：

打印被设置的参数 ： -XX:+PrintCommandLineFlags

结果：

JVM参数打印：

-XX:InitialHeapSize=268435456 -XX:MaxHeapSize=4294967296 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseParallelGC 

终端输出内容：

我们来分析一下，首先看jvm参数中的XX:+UseCompressedClassPointers ，我们知道它开启了指针压缩（也就是会压缩ClassPointer的内存大小，从8byte->4byte），那么，按照上面我们掌握的理论知识，一个对象内存包含三个部分，对象头为固定的8byte，ClassPointer如果开启了指针压缩则是4byte，Instance Data这里user中包含了一个int对象占4byte，String是一个引用对象固定占4byte，也就是Instance Data总共占8byte，由于Padding是占位符，我们先不分析，这里对象头和对象数据总共占 8+4+8=20,这里20不是8的倍数，由于jvm的内存管理的限制，这里jvm会将padding按找距离20byte最少的8的倍数进行填充，也就是24byte，padding就是4byte（即图中的 (object alignment gap) 所占的byte大小）。