Ch03-Java 之 Java 对象结构

August 10, 2017

JVM

jvm

在 HotSpot 虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头 (Header)、 实例数据 (Instance Data)、对齐填充 (Padding)。

1. 内存布局 #

oop-model

内存布局	说明
对象头	HotSpot 虚拟机的对象头包括两部分信息，Mark Word（标记字段）和 Klass Pointer（类型指针）
实例数据	即对象真正存储的有效信息，也是程序代码中所定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承下来的，还是子类中定义的，都需要记录起来。
对齐填充	对齐填充并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。会将对象补充为 8 的倍数。

2. 对象头 #

在 JVM 中，Hotspot 并没有将 Java 对象映射成 C++对象，而是实现了 Java 的对象模型（OOP-Klass）。JVM 不希望每个对象中都包含一份虚函数表，所以就把对象模型拆成 klass 和 oop，其中 oop 中不含有任何虚函数，而 klass 就含有虚函数表，可以进行 method dispatch。

OOP 英文全称是 Ordinary Object Pointer，即普通对象指针，看起来像个指针实际上是藏在指针里的对象，表示对象的实例信息。
Klass 元数据和方法信息，用来描述 Java。是 Java 类的在 C++中的表示形式，用来描述 Java 类的信息。

当加载一个 Class 时，会创建一个 InstanceKlass 对象，实例化的对象则对应 instanceOopDesc，它继承自 oopDesc，用于表示普通的 Java 对象，每次 new 一个 Java 对象就会创建一个新的 instanceOopDesc 实例，其中 InstanceKlass instanceOopDesc 存放在堆中。

class oopDesc {
 private:
  volatile markWord _mark;
  union _metadata {
    Klass*      _klass;
    narrowKlass _compressed_klass;
  } _metadata;
}


class instanceOopDesc : public oopDesc {
public:
  static int header_size() { return sizeof(instanceOopDesc)/HeapWordSize; }
}

2.1 markWord #

markword-64bit

字节分配	说明
无锁	对象头开辟 25bit 的空间用来存储对象的 hashcode，4bit 用于存放对象分代年龄，1bit 用来存放是否偏向锁的标识位，2bit 用来存放锁标识位为 0，其标识为 01
偏向锁	开辟 25bit 的空间，其中 23bit 用来存放线程 ID，2bit 用来存放 Epoch，4bit 存放对象分代年龄，1bit 存放是否偏向锁标识，0 表示无锁，1 表示偏向锁，锁的标识为 01
轻量级锁	开辟 30bit 的空间存放指向栈中锁记录的指针，2bit 存放锁的标志位，其标识为 00
重量级锁	开辟 30bit 的空间用来存放指向重量级锁的指针，2bit 存放锁的标识位，其标识为 11
GC 标记	开辟 30bit 的内存空间却没有占用，2bit 空间存放锁标识为 11

2.2 _metadata #

多个对象的 ModelA 和 ModelB 的定义如下

class Model {
    public static int a = 1;
    public int b;
    public Model(int b) {
        this.b = b;
    }

   public static void main(String[] args) {
      int c = 10;
      Model modelA = new Model(2);
      Model modelB = new Model(3);
   }
}

oop-class access-object-by-poiner

3. 对象的访问定位 #

3.1 使用句柄访问 #

如果使用句柄访问方式，Java 堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，reference 中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据和类型数据各自的具体地址信息。

access-object-by-handle

3.2 使用直接指针访问 #

如果使用直接指针访问方式，java 堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，reference 中直接存储的就是对象地址。

access-object-by-poiner

4. 参考文献 #

Java 对象模型（OOP-Klass 模型）