java對象結構

轉載自：https://blog.csdn.net/zqz_zqz/article/details/70246212

對象結構

在HotSpot虛擬機中，對象在內存中存儲的布局可以分為3塊區域：對象頭（Header）、實例數據（Instance Data）和對齊填充（Padding）。下圖是普通對象實例與數組對象實例的數據結構：

對象頭

HotSpot虛擬機的對象頭包括兩部分信息：

1. markword 
   第一部分markword,用於存儲對象自身的運行時數據，如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態標志、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時間戳等，這部分數據的長度在32位和64位的虛擬機（未開啟壓縮指針）中分別為32bit和64bit，官方稱它為“MarkWord”。
2. klass 
   對象頭的另外一部分是klass類型指針，即對象指向它的類元數據的指針，虛擬機通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例.
3. 數組長度（只有數組對象有） 
   如果對象是一個數組, 那在對象頭中還必須有一塊數據用於記錄數組長度.

實例數據

實例數據部分是對象真正存儲的有效信息，也是在程序代碼中所定義的各種類型的字段內容。無論是從父類繼承下來的，還是在子類中定義的，都需要記錄起來。

對齊填充

第三部分對齊填充並不是必然存在的，也沒有特別的含義，它僅僅起着占位符的作用。由於HotSpot VM的自動內存管理系統要求對象起始地址必須是8字節的整數倍，換句話說，就是對象的大小必須是8字節的整數倍。而對象頭部分正好是8字節的倍數（1倍或者2倍），因此，當對象實例數據部分沒有對齊時，就需要通過對齊填充來補全。

對象大小計算

要點 
1. 在32位系統下，存放Class指針的空間大小是4字節，MarkWord是4字節，對象頭為8字節。 
2. 在64位系統下，存放Class指針的空間大小是8字節，MarkWord是8字節，對象頭為16字節。 
3. 64位開啟指針壓縮的情況下，存放Class指針的空間大小是4字節，MarkWord是8字節，對象頭為12字節。 數組長度4字節+數組對象頭8字節(對象引用4字節（未開啟指針壓縮的64位為8字節）+數組markword為4字節（64位未開啟指針壓縮的為8字節）)+對齊4=16字節。 
4. 靜態屬性不算在對象大小內。

以上內容轉載自http://blog.csdn.net/lihuifeng/article/details/51681146

補充：

HotSpot對象模型

HotSpot中采用了OOP-Klass模型，它是描述Java對象實例的模型，它分為兩部分：

• 類被加載到內存時，就被封裝成了klass，klass包含類的元數據信息，像類的方法、常量池這些信息都是存在klass里的，你可以認為它是java里面的java.lang.Class對象，記錄了類的全部信息；
• OOP（Ordinary Object Pointer）指的是普通對象指針，它包含MarkWord 和元數據指針，MarkWord用來存儲當前指針指向的對象運行時的一些狀態數據；元數據指針則指向klass,用來告訴你當前指針指向的對象是什么類型，也就是使用哪個類來創建出來的；
• 
  那么為何要設計這樣一個一分為二的對象模型呢？這是因為HotSopt JVM的設計者不想讓每個對象中都含有一個vtable（虛函數表），所以就把對象模型拆成klass和oop，其中oop中不含有任何虛函數，而klass就含有虛函數表，可以進行method dispatch。

HotSpot中，OOP-Klass實現的代碼都在/hotspot/src/share/vm/oops/路徑下，oop的實現為instanceOop 和 arrayOop，他們來描述對象頭，其中arrayOop對象用於描述數組類型。

以下就是oop.hhp文件中oopDesc的源碼，可以看到兩個變量_mark就是MarkWord，_metadata就是元數據指針，指向klass對象，這個指針壓縮的是32位，未壓縮的是64位；

  volatile markOop _mark; //標識運行時數據 union _metadata { Klass* _klass; narrowKlass _compressed_klass; } _metadata; //klass指針

一個Java對象在內存中的布局可以連續分成兩部分：instanceOop（繼承自oop.hpp）和實例數據；

上圖可以看到，通過棧幀中的對象引用reference找到Java堆中的對象，再通過對象的instanceOop中的元數據指針klass來找到方法區中的instanceKlass，從而確定該對象的類型。

下面來分析一下，執行new A()的時候，JVM 做了什么工作。首先，如果這個類沒有被加載過，JVM就會進行類的加載，並在JVM內部創建一個instanceKlass對象表示這個類的運行時元數據（相當於Java層的Class對象）。初始化對象的時候（執行invokespecial A::），JVM就會創建一個instanceOopDesc對象表示這個對象的實例，然后進行Mark Word的填充，將元數據指針指向Klass對象，並填充實例變量。

元數據—— instanceKlass 對象會存在元空間（方法區），而對象實例—— instanceOopDesc 會存在Java堆。Java虛擬機棧中會存有這個對象實例的引用。

成員變量重排序

為了提高性能，每個對象的起始地址都對齊於8字節，當封裝對象的時候為了高效率，對象字段聲明的順序會被重排序成下列基於字節大小的順序：

1. double (8字節) 和 long (8字節)
2. int (4字節) 和 float (4字節)
3. short (2字節) 和 char (2字節)：char在java中是2個字節。java采用unicode，2個字節（16位）來表示一個字符。
4. boolean (1字節) 和 byte (1字節)
5. reference引用 (4/8 字節)

子類字段重復上述順序。 
我們可以測試一下java對不同類型的重排序，使用jdk1.8，采用反射的方式先獲取到unsafe類，然后獲取到每個field在類里面的偏移地址，就能看出來了 
測試代碼如下：

import java.lang.reflect.Field; import sun.misc.Contended; import sun.misc.Unsafe; public class TypeSequence { @Contended private boolean contended_boolean; private volatile byte a; private volatile boolean b; @Contended private int contended_short; private volatile char d; private volatile short c; private volatile int e; private volatile float f; @Contended private int contended_int; @Contended private double contended_double; private volatile double g; private volatile long h; public static Unsafe UNSAFE; static { try { @SuppressWarnings("ALL") Field theUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); theUnsafe.setAccessible(true); UNSAFE = (Unsafe) theUnsafe.get(null); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, SecurityException{ System.out.println("e:int \t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("e"))); System.out.println("g:double \t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("g"))); System.out.println("h:long \t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("h"))); System.out.println("f:float \t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("f"))); System.out.println("c:short \t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("c"))); System.out.println("d:char \t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("d"))); System.out.println("a:byte \t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("a"))); System.out.println("b:boolean\t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("b"))); System.out.println("contended_boolean:boolean\t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("contended_boolean"))); System.out.println("contended_short:short\t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("contended_short"))); System.out.println("contended_int:int\t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("contended_int"))); System.out.println("contended_double:double\t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("contended_double"))); } }

以上代碼運行結果如下

e:int 12 g:double 16 h:long 24 f:float 32 c:short 38 d:char 36 a:byte 40 b:boolean 41 contended_boolean:boolean 170 contended_short:short 300 contended_int:int 432 contended_double:double 568

除了int字段跑到了前面來了，還有兩個添加了contended注解的字段外，其它字段都是按照重排序的順序，類型由最長到最短的順序排序的；

對象頭對成員變量排序的影響

有的童鞋疑惑了，為啥int跑到前面來了呢？這是因為int字段被提升到前面填充對象頭了，對象頭有12個字節，會優先在字段中選擇一個或多個能夠將對象頭填充為16個字節的field放到前面，如果填充不滿，就加上padding，上面的例子加上一個4字節的int，正好是16字節，地址按8字節對齊；

擴展contended對成員變量排序的影響

那么contended注解呢？這個注解是為了解決cpu緩存行偽共享問題的，cpu緩存偽共享是並發編程性能殺手，不知道什么是偽共享的可以查看我前面寫的LongAdder類的源碼解讀 或者《java 中的鎖 – 偏向鎖、輕量級鎖、自旋鎖、重量級鎖》這篇文章都有講到，加了contended注解的字段會按照聲明的順序放到末尾，contended注解如果是用在類的field上會在該field前面插入128字節的padding，如果是用在類上則會在類所有field的前后都加上128字節的padding。