Java对象的内存布局

每个 Java 对象都有一个对象头（object header），这个由标记字段和类型指针所构成。其中，标记字段用以存储 Java 虚拟机有关该对象的运行数据，如哈希码、GC 信息以及锁信息，而类型指针则指向该对象的类。

在 64 位的 Java 虚拟机中，对象头的标记字段占 64 位，而类型指针又占了 64 位。也就是说，每一个 Java 对象在内存中的额外开销就是 16 个字节。以 Integer 类为例，它仅有一个 int 类型的私有字段，占 4 个字节。因此，每一个 Integer 对象的额外内存开销至少是 400%。这也是为什么 Java 要引入基本类型的原因之一。

为了尽量较少对象的内存使用量，64 位 Java 虚拟机引入了压缩指针，将堆中原本 64 位的 Java 对象指针压缩成 32 位的。

压缩指针

压缩指针的原理是，用一个编号标识多个连续地址，比如0号表示0到1位置上的空间，那么，32 位压缩指针最多可以标记 2 的 32 次方个字段，对应着 2 的 33 次方个位空间。这样子有个限制，就是每个字段都从偶数号放起。这个概念我们称之为内存对齐（对应虚拟机选项 -XX:ObjectAlignmentInBytes，其实这个值的默认值为 8，压缩指针要求 Java 虚拟机堆中对象的起始地址要对齐至 8 的倍数。）。这样子，Java 虚拟机中的 32 位压缩指针可以寻址到 2 的 35 次方个字节，也就是 32GB 的地址空间（超过 32GB 则会关闭压缩指针）。

字段内存对齐的其中一个原因，是让字段只出现在同一 CPU 的缓存行中。如果字段不是对齐的，那么就有可能出现跨缓存行的字段。也就是说，该字段的读取可能需要替换两个缓存行，而该字段的存储也会同时污染两个缓存行。这两种情况对程序的执行效率而言都是不利的。

 

字段重排列

Java 虚拟机重新分配字段的先后顺序，以达到内存对齐的目的。

如果一个字段占据 C 个字节，那么该字段的偏移量需要对齐至 NC。这里偏移量指的是字段地址与对象的起始地址差值。

以 long 类为例，它仅有一个 long 类型(8字节)的实例字段。在使用了压缩指针的 64 位虚拟机中，尽管对象头的大小为 12 个字节，该 long 类型字段的偏移量也只能是 16，而中间空着的 4 个字节便会被浪费掉。

 

子类所继承字段的偏移量，需要与父类对应字段的偏移量保持一致。

Java 虚拟机还会对齐子类字段的起始位置。对于使用了压缩指针的 64 位虚拟机，子类第一个字段需要对齐至 4N；而对于关闭了压缩指针的 64 位虚拟机，子类第一个字段则需要对齐至 8N。

class A {

  long l;

  int i；

}



class B extends A {

  long l;

  int i;

}

当启用压缩指针时，可以看到 Java 虚拟机将 A 类的 int 字段放置于 long 字段之前，以填充因为 long 字段对齐造成的 4 字节缺口。由于对象整体大小需要对齐至 8N(默认内存对齐8字节)，因此对象的最后会有 4 字节的空白填充。

当关闭压缩指针时，B 类字段的起始位置需对齐至 8N。这么一来，B 类字段的前后各有 4 字节的空白。