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Java對象的內(nèi)存布局詳細介紹

更新時間：2023年02月13日 09:37:32 作者：每天都要進步一點點

這篇文章主要介紹了Java對象的內(nèi)存布局，我們知道在Java中基本數(shù)據(jù)類型的大小，例如int類型占4個字節(jié)、long類型占8個字節(jié)，那么Integer對象和Long對象會占用多少內(nèi)存呢？本文介紹一下Java對象在堆中的內(nèi)存結(jié)構(gòu)以及對象大小的計算

一、對象頭

Java對象的對象頭由三部分組成：

1)、Mark Word

MarkWord用于存儲對象自身的運行時數(shù)據(jù)，如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、同步鎖信息、偏向鎖標識等等。Mark Word在32位JVM中的長度是32bit，在64位JVM中長度是64bit。

通常我們都是使用的64位的JVM，Mark Word 在64位 JVM 中內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖：

2)、類型指針

類型指針指向?qū)ο蟮念愒獢?shù)據(jù)，虛擬機通過這個指針確定該對象是哪個類的實例。Java對象的類數(shù)據(jù)保存在方法區(qū)。

3)、數(shù)組長度(只有數(shù)組對象才有)

如果對象是一個數(shù)組，那么對象頭還需要有額外的空間用于存儲數(shù)組的長度。如果對象是數(shù)組類型，因為JVM虛擬機可以通過Java對象的元數(shù)據(jù)信息確定Java對象的大小，但是無法從數(shù)組的元數(shù)據(jù)來確認數(shù)組的大小，所以用一塊來記錄數(shù)組長度。

二、實例數(shù)據(jù)

實例數(shù)據(jù)部分存放類的屬性數(shù)據(jù)信息，包括父類的屬性信息。

通過示例說明每個區(qū)域具體存放哪些內(nèi)容：

class Student {
    private String name;
    public Student(String name) {
        this.name = name;
    }
}
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Student studentA = new Student("zhangsan");
        Student studentB = new Student("lisi");
    }
}

JVM結(jié)構(gòu)圖如下所示：

三、對齊填充

由于虛擬機要求對象起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，所以后面有幾個字節(jié)用于把對象的大小補齊至8字節(jié)的整數(shù)倍，沒有特別的功能，對齊填充不是必須存在的，僅僅是為了字節(jié)對齊。

為什么必須是8個字節(jié)？

根據(jù)“計算機組成原理”，8個字節(jié)是計算機讀取和存儲的最佳實踐。

四、使用JOL工具分析對象內(nèi)存布局

接下來我們使用JOL（Java Object Layout）工具，它是一個用來分析JVM中Object布局的小工具。包括Object在內(nèi)存中的占用情況，實例對象的引用情況等等。

直接在maven工程中加入對應(yīng)的依賴：

<dependency>
  <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
  <artifactId>jol-core</artifactId>
  <version>0.9</version>
</dependency>

通過JOL查看new Object()的對象布局信息：

public class JOLDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Object();
        System.out.println("十進制hashCode = " + obj.hashCode());
        System.out.println("十六進制hashCode = " + Integer.toHexString(obj.hashCode()));
        System.out.println("二進制hashCode = " + Integer.toBinaryString(obj.hashCode()));
        String str = ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable();
        System.out.println(str);
    }
}

運行結(jié)果如下：

十進制hashCode = 1956725890
十六進制hashCode = 74a14482
二進制hashCode = 1110100101000010100010010000010
java.lang.Object object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE
0 4 (object header) 01 82 44 a1 (00000001 10000010 01000100 10100001) (-1589345791)
4 4 (object header) 74 00 00 00 (01110100 00000000 00000000 00000000) (116)
8 4 (object header) e5 01 00 f8 (11100101 00000001 00000000 11111000) (-134217243)
12 4 (loss due to the next object alignment)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

解釋下各個字段的含義：

OFFSET是偏移量，也就是到這個字段位置所占用的字節(jié)數(shù)；
SIZE是后面類型的大??；
TYPE是Class中定義的類型；
DESCRIPTION是類型的描述；
VALUE是TYPE在內(nèi)存中的值；

從上圖可以看出Object obj = new Object()；在內(nèi)存中占16個字節(jié)，注意最后面的(loss due to the next object alignment)其實就是對齊填充的字節(jié)數(shù)，這里由于Object obj = new Object()；沒有實例數(shù)據(jù)，對象頭總共占用了12個字節(jié)（默認開啟了指針壓縮-XX:+UseCompressedOops），由于虛擬機要求對象起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，所以還需要對齊填充4個字節(jié)，達到2倍的8bit。