虚拟机对象探秘

注：若无特别说明，均指HotSpot虚拟机

对象的创建过程

  1. 当虚拟机遇到一条字节码new指令时，首先去检查这个指令的参数能否在常量池中定位到一个类的符号引用，并检查该符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有，执行相应的类加载过程
  2. 类加载完成之后，为Java对象分配内存。对象所需内存大小在类加载完成后便可确定
    对象的内存分配过程并不是线程安全的，一般有两种解决方案：
    • 对分配内存空间的动作进行同步处理，采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性
    • 每个线程在Java堆中预先分配一块内存，称为本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），线程中的对象分配直接在线程内部完成，只有本地的TLAB用完了，分配新的内存才需要同步锁定
  3. 内存分配之后，虚拟机将对象分配到的内存空间（不包括对象头）都初始化为零值
  4. 对对象进行必要的设置，例如对象是哪个类的实例、如何找到类的元数据信息、对象的哈希码、GC分代年龄信息等，这些信息存储在对象头中
  5. 执行构造方法

Java对象的内存布局

对象在堆中的存储布局可以分为三个部分：对象头、实例数据和对齐填充

对象头

包含两类信息

  • 存储对象自身运行时数据，如哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向ID、偏向时间戳等
    这部分区域被称为“Mark World”，为了节省存储，该部分有着动态定义的数据结构，根据对象的状态复用自己的存储空间。
    下图为64为虚拟机MarkWorld结构
    64虚拟机markworld.png
    图片引用自 https://mp.weixin.qq.com/s/9OkQij6qnAbSVKqv2nIR5g
  • 类型指针，即指向对象对象类型元数据的指针，Java虚拟机通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例（并不是所有虚拟机都在对象数据上保留类型指针）。此外，如果对象是一个Java数组，那对象头中还必须记录数组长度

实例数据

实例数据的默认分配顺序为基本类型从大到小，最后是引用类型。这样分配的目的是节省内存。虚拟机参数+XX:CompactFields（默认为true）允许子类之中较窄的变量插入到父类变量的间隙中，以节省内存

对齐填充

虚拟机要求对象起始地址必须为8字节的整数倍，实例数据与对齐填充类似C语言结构体变量的组织方式

对象的访问定位

obj-loc
  • 使用句柄访问，Java堆中会划分出一块内存作为句柄池，reference中存储的是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象的实例数据与类型数据各自的地址信息
    使用句柄的最大好处是reference中存储的是稳定句柄地址，在对象被移动时（垃圾回收移动对象十分普遍）只需改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要被需改
  • 使用直接指针访问，Java堆中对象的内存布局必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，reference中存储的直接就是对象的内存地址
    如果只是访问对象本身，就不需要多一次间接访问的开销，但移动对象时需要修改reference

查看对象内存布局

<dependency>
	<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
	<artifactId>jol-core</artifactId>
	<version>0.16</version>
</dependency>

public class TestMarkWorld {
    private static final Object O = new Object();
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(O.hashCode());
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(O).toPrintable());
        synchronized (O){
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(O).toPrintable());
        }
    }
}

589431969
java.lang.Object object internals:
OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE
  0   8        (object header: mark)     0x000000232204a101 (hash: 0x232204a1; age: 0)
  8   4        (object header: class)    0x200001e5
 12   4        (object alignment gap)    
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

java.lang.Object object internals:
OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE
  0   8        (object header: mark)     0x00000032062ff830 (thin lock: 0x00000032062ff830)
  8   4        (object header: class)    0x200001e5
 12   4        (object alignment gap)    
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

以上参考《深入理解Java虚拟机》第三版

Q.E.D.

一切很好，不缺烦恼。