HotSpot VM 中对象的内存分析

电玩女神 2023-01-03 04:08 123阅读 0赞

### **对象的内存布局** ###

HotSpot VM 中，对象在堆内存中的存储布局分为：

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

1、对象头

*  Mark Word，对象运行时数据，动态定义位数据。包含 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。32 位和 64 位的 VM 里 Mark Word 的长度分别 32 bit 和 64 bit。
 *  类型指针，对象指向所属 class 的元数据的指针，32 位 VM 4 byte，64 位 VM 8 byte(-XX:+UseCompressedOops 压缩指针 4 byte)。非必需，取决 JVM 实现。
 *  数组对象必须包含长度信息，4 byte。

2、实例数据

*  按分配策略和源码定义的顺序，存储对象的字段数据。
 *  8 byte：long、double
 *  4 byte：int、float、oops(Ordinary Object Pointers)
 *  2 byte：short、char
 *  1 byte：byte
 *  1 bit：boolean

3、对齐填充

*  非必需，保证对象大小是 8 字节的整数倍进行填充的长度。
 *  没有特殊含义，仅占位。

### **对象的创建** ###

new 语法创建普通 Java 对象的过程

*  检查类是否已加载、解析、初始化，若没有则进行。
 *  为新对象分配内存。规整的内存使用指针碰撞(Bump The Pointer)；不规整的内存使用列表记录可用内存的方式配分叫空闲列表(Free List)。
 *  配分内存的两种安全方式：CAS；每个线程在 Heap 中预先分配一小块内存，即本地线程分配缓存(Thread Local Allocation Buffer)。
 *  初始化分配的内存，字段设为默认零值
 *  根据 JVM 运行的情况，设置对象头信息。如类的元数据、HashCode、GC 分代年龄、偏向锁...
 *  执行构造函数、字段赋值...

### **对象的访问定位** ###

通过栈上的 reference 数据定位、访问堆上的对象，两种方式：

*  句柄访问。栈中本地变量表里的 reference 存储的是堆中句柄池中对象的句柄地址，句柄包含了对象实例数据和类型数据的地址。
 *  直接指针。栈中本地变量表里的 reference 存储的是对象数据地址，可以直接访问，少一次寻址访问速度快。

### **实例分析** ###

那么下面这个字符串对象占用多大内存？

new	String("ConstXiong");

*  假设是 JVM 是 64 位的 HotSpot VM，JDK 8，单纯看这个 String 对象的内存大小，不看常量池，有类型指针，默认开启指针压缩。
 *  String 类的静态变量存储在类的 Class 对象中，不计算；父类和接口都不包含普通对象字段，所以只需关注下面源码。

JDK 8 String 源码

public final class String
    	implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    	/** The value is used for character storage. */
    	private final char value[];
    
    	/** Cache the hash code for the string */
    	private int hash; // Default to 0
    }

*  Mark Word 64 bit = 8 byte
 *  类型指针 4 byte
 *  实例数据 value 变量，4 byte
 *  实例数据 hash，是 int，4 byte
 *  对齐 4 byte

共 24 字节。使用 openjdk-jol 工具打印内存布局如下：

java.lang.String object internals:
     OFFSET  SIZE     TYPE DESCRIPTION                               VALUE
          0     4          (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
          4     4          (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
          8     4          (object header)                           d0 16 40 17 (11010000 00010110 01000000 00010111) (390076112)
         12     4   char[] String.value                              [C, o, n, s, t, X, i, o, n, g]
         16     4      int String.hash                               0
         20     4          (loss due to the next object alignment)
    Instance size: 24 bytes
    Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

补充一下，实例数据 value 变量对应的 char\[\] 对象 = \['C','o','n','s','t','X','i','o','n','g'\])，数组对象比普通对象对象头多了一个 int 记录数组长度，64 bit(Mark Word) + 4 byte(类型指针) + 4 byte(数组长度) + 10 \* 2 byte(10个字符) + 0 byte(补齐) = 40 byte

[C object internals:
     OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
          0     4        (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
          4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
          8     4        (object header)                           08 02 14 17 (00001000 00000010 00010100 00010111) (387187208)
         12     4        (object header)                           0a 00 00 00 (00001010 00000000 00000000 00000000) (10)
         16    20   char [C.<elements>                             N/A
         36     4        (loss due to the next object alignment)
    Instance size: 40 bytes

code：

package constxiong;
    
    import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
    
    public class TestObjectSize {
    
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new String("ConstXiong")).toPrintable());
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new char[]{'C', 'o', 'n', 's', 't', 'X', 'i', 'o', 'n', 'g'}).toPrintable());
        }
    }

maven pom：

<dependency>
    	<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    	<artifactId>jol-core</artifactId>
    	<version>0.10</version>
    </dependency>

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