淺談java object對(duì)象在heap中的結(jié)構(gòu)

更新時(shí)間：2021年06月02日 15:04:32 作者：flydean

本文主要介紹了淺談java object對(duì)象在heap中的結(jié)構(gòu)，感興趣的同學(xué)，可以參考下。

對(duì)象和其隱藏的秘密

java.lang.Object大家應(yīng)該都很熟悉了，Object是java中一切對(duì)象的鼻祖。

接下來(lái)我們來(lái)對(duì)這個(gè)java對(duì)象的鼻祖進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的解剖分析，從而理解JVM的深層次的秘密。

工具當(dāng)然是使用JOL：

@Slf4j
public class JolUsage {

    @Test
    public void useJol(){
        log.info("{}", VM.current().details());
        log.info("{}", ClassLayout.parseClass(Object.class).toPrintable());
        log.info("{}", ClassLayout.parseInstance(new Object()).toPrintable());
    }
}

代碼很簡(jiǎn)單，我們打印JVM的信息，Object class和一個(gè)新的Object實(shí)例的信息。

看下輸出：

[main] INFO com.flydean.JolUsage - # Running 64-bit HotSpot VM.

# Using compressed oop with 3-bit shift.

# Using compressed klass with 3-bit shift.

# WARNING | Compressed references base/shifts are guessed by the experiment!

# WARNING | Therefore, computed addresses are just guesses, and ARE NOT RELIABLE.

# WARNING | Make sure to attach Serviceability Agent to get the reliable addresses.

# Objects are 8 bytes aligned.

# Field sizes by type: 4, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]

# Array element sizes: 4, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]

10:27:32.311 [main] INFO com.flydean.JolUsage - java.lang.Object object internals:

OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE

0 12 (object header) N/A

12 4 (loss due to the next object alignment)

Instance size: 16 bytes

Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

10:27:32.312 [main] INFO com.flydean.JolUsage - java.lang.Object object internals:

OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE

0 4 (object header) 05 00 00 00 (00000101 00000000 00000000 00000000) (5)

4 4 (object header) 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)

8 4 (object header) 86 06 00 00 (10000110 00000110 00000000 00000000) (1670)

12 4 (loss due to the next object alignment)

Instance size: 16 bytes

Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total3

從上面的結(jié)果我們知道，在64位的JVM中，一個(gè)Object實(shí)例是占用16個(gè)字節(jié)。

因?yàn)镺bject對(duì)象中并沒(méi)有其他對(duì)象的引用，所以我們看到Object對(duì)象只有一個(gè)12字節(jié)的對(duì)象頭。剩下的4個(gè)字節(jié)是填充位。

Object對(duì)象頭

那么這12字節(jié)的對(duì)象頭是做什么用的呢？

如果想要深入了解這12字節(jié)的對(duì)象頭，當(dāng)然是要去研讀一下JVM的源碼：src/share/vm/oops/markOop.hpp。

有興趣的小伙伴可以去看看。如果沒(méi)有興趣，沒(méi)關(guān)系，這里給大家一個(gè)張總結(jié)的圖：

javaObject對(duì)象的對(duì)象頭大小根據(jù)你使用的是32位還是64位的虛擬機(jī)的不同，稍有變化。這里我們使用的是64位的虛擬機(jī)為例。

Object的對(duì)象頭，分為兩部分，第一部分是Mark Word，用來(lái)存儲(chǔ)對(duì)象的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)比如：hashcode，GC分代年齡，鎖狀態(tài)，持有鎖信息，偏向鎖的thread ID等等。

在64位的虛擬機(jī)中，Mark Word是64bits，如果是在32位的虛擬機(jī)中Mark Word是32bits。

第二部分就是Klass Word，Klass Word是一個(gè)類型指針，指向class的元數(shù)據(jù)，JVM通過(guò)Klass Word來(lái)判斷該對(duì)象是哪個(gè)class的實(shí)例。

且慢！

有的小伙伴可能發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，之前我們用JOL解析Object對(duì)象的時(shí)候，Object head大小是12字節(jié)，也就是96bits，這里怎么寫(xiě)的是128bits？

沒(méi)錯(cuò)，如果沒(méi)有開(kāi)啟COOPs就是128bits，如果開(kāi)啟了COOPs，那么Klass Word的大小就從64bits降到了32bits。

還記得我們之前講的COOPs嗎？

COOPs就是壓縮對(duì)象指針技術(shù)。

對(duì)象指針用來(lái)指向一個(gè)對(duì)象，表示對(duì)該對(duì)象的引用。通常來(lái)說(shuō)在64位機(jī)子上面，一個(gè)指針占用64位，也就是8個(gè)字節(jié)。而在32位機(jī)子上面，一個(gè)指針占用32位，也就是4個(gè)字節(jié)。

實(shí)時(shí)上，在應(yīng)用程序中，這種對(duì)象的指針是非常非常多的，從而導(dǎo)致如果同樣一個(gè)程序，在32位機(jī)子上面運(yùn)行和在64位機(jī)子上面運(yùn)行占用的內(nèi)存是完全不同的。64位機(jī)子內(nèi)存使用可能是32位機(jī)子的1.5倍。

而壓縮對(duì)象指針，就是指把64位的指針壓縮到32位。

怎么壓縮呢？64位機(jī)子的對(duì)象地址仍然是64位的。壓縮過(guò)的32位存的只是相對(duì)于heap base address的位移。

我們使用64位的heap base地址+ 32位的地址位移量，就得到了實(shí)際的64位heap地址。

對(duì)象指針壓縮在Java SE 6u23 默認(rèn)開(kāi)啟。在此之前，可以使用-XX:+UseCompressedOops來(lái)開(kāi)啟。

數(shù)組對(duì)象頭

java中有一個(gè)非常特別的對(duì)象叫做數(shù)組，數(shù)組的對(duì)象頭和Object有什么區(qū)別嗎？

我們用JOL再看一次：

log.info("{}",ClassLayout.parseClass(byte[].class).toPrintable());

log.info("{}",ClassLayout.parseInstance("www.flydean.com".getBytes()).toPrintable());

上面的例子中我們分別解析了byte數(shù)組的class和byte數(shù)組的實(shí)例：

10:27:32.396 [main] INFO com.flydean.JolUsage - [B object internals:

OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE

0 16 (object header) N/A

16 0 byte [B.<elements> N/A

Instance size: 16 bytes

Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total

10:27:32.404 [main] INFO com.flydean.JolUsage - [B 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) 22 13 07 00 (00100010 00010011 00000111 00000000) (463650)

12 4 (object header) 0f 00 00 00 (00001111 00000000 00000000 00000000) (15)

16 15 byte [B.<elements> N/A

31 1 (loss due to the next object alignment)

Instance size: 32 bytes

Space losses: 0 bytes internal + 1 bytes external = 1 bytes total