java 对象头的布局

雨点打透心脏的1/2处 2023-10-05 10:01 10阅读 0赞

在Hotspot中一个Java对象包含如下三个部分:

1.  对象头
2.  实例信息
3.  对齐信息

### 对象头 ###

对象头要分两种类型：

*  普通对象包含：Mark Word、Klass Pointer
 *  数组对象包含：Mark Word、Klass Pointer、Array Length

> 不同类型JVM下，对象头每一部分占用内存大小

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>数据类型</th> 
   <th>32位JVM(bit)</th> 
   <th>64位JVM(bit)</th> 
   <th>开启指针压缩的64位JVM(bit)</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Mark Word</td> 
   <td>32</td> 
   <td>64</td> 
   <td>64</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Klass Pointer</td> 
   <td>32</td> 
   <td>64</td> 
   <td>32</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Array Length</td> 
   <td>32</td> 
   <td>32</td> 
   <td>32</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

可见在64位JVM中开启指针压缩(**-XX:UseCompressedOops**)后, JVM只是针对类型指针(Klass Pointer)进行压缩。而数组长度不管在什么类型的JVM里都是32bit。

> 不同类型JVM下，对象头占用内存大小

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>数据类型</th> 
   <th>32位JVM(bit)</th> 
   <th>64位JVM(bit)</th> 
   <th>开启指针压缩的64位JVM(bit)</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>普通对象</td> 
   <td>64</td> 
   <td>128</td> 
   <td>96</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>数组对象</td> 
   <td>96</td> 
   <td>160</td> 
   <td>128</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### **mark word** ####

**mark word**里存放的是对象运行时的信息，不同状态的对象里mark word 存放的信息是不同的。具体内容可看下表：

> 32位JVM

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>存储内容(30bit)</th> 
   <th>锁状态(2bit)</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>identify_hashcode:25 | age:4 | biased_lock:1</td> 
   <td>(01)无锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>threadId:23 | age:4 | epoch:2 | biased_lock:1</td> 
   <td>(01)偏向锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ptr_to_lock_record:30</td> 
   <td>(00)轻量级锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ptr_to_heavyweight_monitor:30</td> 
   <td>(10)重量级锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>gc_info:30</td> 
   <td>(11)GC标记</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

> 64位JVM

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>存储内容(62bit)</th> 
   <th>锁状态(2bit)</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>unused:25 | identify_hashcode:25 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1</td> 
   <td>(01)无锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>threadId:54 | epoch:2 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1</td> 
   <td>(01)偏向锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ptr_to_lock_record:62</td> 
   <td>(00)轻量级锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ptr_to_heavyweight_monitor:62</td> 
   <td>(10)重量级锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>gc_info:62</td> 
   <td>(11)GC标记</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  名词解释：
    
     *  age: GC分代年龄
     *  identify\_hashcode: 对象的hashcode值
     *  threadId: 偏向线程的Id
     *  biased\_lock: 是否是偏向锁，因为只占一个bit,所以只有0和1
     *  epoch: 偏向时间戳
     *  ptr\_to\_lock\_record: 指向栈中轻量级锁记录的指针
     *  ptr\_to\_heavyweight\_monitor:指向栈中重量级锁的指针
     *  GC标记: 用于GC算法对对象的标记
     *  gc\_info: GC算法给不同状态的标记信息
 *  为什么要这么实现？
    
    1.  因为对象头信息是跟对象自身定义的数据结构无关的。这些信息所记录的状态是用于JVM对对象的管理的。更重要的是，不同状态的存储内容基本上是互斥的。所以基于节省空间的角度考虑，**Mark Word** 被设计成动态的。
 *  identify\_hashcode 既然有方法可以生成为什么要放在对象头里？
    
    1.  当一个对象的hashCode()未被重写时，调用这个方法会返回一个由随机数算法生成的值。因为一个对象的hashCode不可变，所以需要存到对象头中。当再次调用该方法时，会直接返回对象头中的hashcode。
    2.  identify\_hashcode 采用延迟加载的方式生成。只有调用hashcode()时，才会写入对象头。若一个类的hashCode()方法被重写，对象头中将不存储hashcode信息，因为一般我们自己实现的hashcode()并未将生成的值写入对象头。
 *  当对象的状态不是默认状态时，对象的hashcode去哪儿了？
    
    1.  当是轻量级锁/重量级锁时，jvm会将对象的 **mark word** 复制一份到栈帧的Lock Record中。 等线程释放该对象时，再重新复制给对象。
    2.  如果一个对象头中存在hashcode,则无法使用偏向锁。

#### Klass Pointer ####

类型指针存放的是该对象对应的类的指针。即该指针应该指向方法区的内存区域。

#### Array Length ####

数组长度只在数组类型的对象中存在。用于记录数组的长度。避免获取数组长度时，动态计算。以空间换时间。