Java - 对象的内存布局（64位HotSpot）

因为JVM虚拟机为HotSpot，以下谈的都是在64位HotSpot虚拟机中

对象内存布局

对象的内存布局可以分为三块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）

注：数组对象中对象头部分多了数组长度Length，存储长度为4字节

其内存结构：

• MarkWord：存储对象的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
• ClassPointer：指向对象对应的Class对象（类对象）的内存地址
• InstanceData：具体的数据大小，如对象含有一个int成员变量，即为4字节

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MarkWord

在openJDK源码中的 markOop.hpp 文件中看到可以看到下面，markOop.hpp文件一般都在目录 hotspot\src\share\vm\oops 下

32位与64位JVM有一些不同，现在都是使用64位虚拟机

在64位JVM中，MarkWord为8字节-64bit

不同的锁状态MarkWord会不同：

关于 锁的四种状态与锁升级过程 图文详解

当无锁态时，64bit分别为：

• 25bit不使用
• 31bit hashCode形式的对象的地址
• 再后一位unused是cms_free：不是64位虚拟机就占用 0 bit，是64位就占用 1bit
• Age为GC分代年龄，4bit，所以对象GC年龄最大为15
• biased_lock偏向锁，1bit，0代表无锁，1代表偏向锁
• lock锁信息，2bit，用于记录锁的状态

00—轻量锁
01—偏向锁/无锁，根据前面的biased_lock决定
10—重量锁
11—GC标记

注意：无锁态01是指没有加锁，而下面的无锁00是指CAS锁

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ClassPointer

ClassPointer本来也是8字节，但64位JVM中默认压缩ClassPointer

通过cmd中java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

其中：

• UseCompressedClassPointers 类指针压缩：压缩class pointer，由8字节压缩至4字节，间接的提高内存的利用率
• UseCompressedOops 普通对象指针压缩：通常64位JVM消耗的内存会比32位的大1.5倍，这是因为对象指针在64位架构下，长度会翻倍（更宽的寻址），通过UseCompressedOops 可以压缩指针

开启UseCompressedOops 也默认强制开启UseCompressedClassPointers，关闭UseCompressedOops 默认关闭UseCompressedClassPointers

JVM优化之压缩普通对象指针（CompressedOops）

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其他

• 实例数据（Instance Data）即对象中的包含的属性

Object o = new Object()

Object中Instance Data为0

MyObject o = new MyObject(3);
class MyObject{

    private int a;

    public MyObject(int a) {
        this.a = a;
    }
}

MyObject中InstanceData为4字节（int型数据为4字节）

• Padding：将对象内存填充为8的倍数

为什么对象内存要为8的倍数？

目的是alignment，它允许以一些空间为代价加快内存访问。如果数据未对齐，则处理器需要在加载内存后进行一些转换才能访问它。
此外，垃圾回收简化（并加快）最小分配单元的大小

如果您有32位引用，则可以寻址最多2^32或4 GB的内存（实际上，尽管您获得的更少，但更像3.5 GB）。如果您有64位引用，则可以寻址2^64，即内存为terrabytes。但是，对于64位引用，一切都趋于放缓并占用更多空间。这是由于处理64位的32位处理器的开销，以及由于更少的空间和更多垃圾收集而导致所有处理器上的GC循环更多。
因此，创作者采取了一个中间立场，并决定使用35位参考，这样可以达到2^35或32 GB的内存，占用更少的空间，从而获得与32位参考相同的性能优势。这是通过读取一个32位参考并在读取时将其左移3位来完成的，并且在存储参考时将其右移3位。这意味着所有对象必须在2^3边界（8字节）上对齐。这些被称为压缩的普通对象指针或压缩的oops。

为什么不用36位引用来访问64 GB内存？那么，这是一个折衷。您需要大量浪费空间来处理16字节的对齐，并且据我所知，绝大多数处理器不会从16字节对齐中获得速度优势，而不是8字节对齐。
请注意，JVM不会打扰使用压缩的oops，除非最大内存设置为4 GB以上，而默认情况下它不是。实际上，您可以使用-XX:+UsedCompressedOops标志启用它们。

这是在32位虚拟机当天重新提供64位系统上的额外可用内存。据我所知，64位虚拟机没有限制。

来源：Java性能：权威指南，第8章

• 数组对象还有一个Length段：4字节

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通过JOL检验

Maven导入依赖

<!--JOL 内存布局工具-->
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.openjdk.jol/jol-core -->
<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.14</version>
    <scope>provided</scope>
</dependency>

测试类：

public class T01 {
    public static void main(String[] args) {

        //MyObject o = new MyObject(3);
        //int[] o = new int[4];
        Object o = new Object();

        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());

        synchronized (o){
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        }

    }
}

class MyObject{

    private int a;

    public MyObject(int a) {
        this.a = a;
    }
}

一共16字节，其中前8字节为MarkWord，8-12字节为ClassPointer，12-16为Padding填充为8的倍数

synchronized 锁信息就添加在MarkWord

MyObject o = new MyObject(3);

InstanceData为int型数据-4字节，即8+4+4=16，不需要填充

int[] o = new int[4];

数组对象Object Header多了一段Length=4，因为InstanceData为空，也是16字节