JVM 系列之: 详解 java object 对象在 heap 中的结构

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发布于: 2020 年 07 月 20 日
简介在之前的文章中，我们介绍了使用JOL这一神器来解析java类或者java实例在内存中占用的空间地址。
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今天，我们会更进一步，剖析一下在之前文章中没有讲解到的更深层次的细节。一起来看看吧。
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对象和其隐藏的秘密java.lang.Object大家应该都很熟悉了，Object是java中一切对象的鼻祖。
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接下来我们来对这个java对象的鼻祖进行一个详细的解剖分析，从而理解JVM的深层次的秘密。
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工具当然是使用JOL：
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@Slf4j
public class JolUsage {
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    @Test
    public void useJol(){
        log.info("{}", VM.current().details());
        log.info("{}", ClassLayout.parseClass(Object.class).toPrintable());
        log.info("{}", ClassLayout.parseInstance(new Object()).toPrintable());
    }
}
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代码很简单，我们打印JVM的信息，Object class和一个新的Object实例的信息。
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看下输出：
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[main] INFO com.flydean.JolUsage - # Running 64-bit HotSpot VM.
# Using compressed oop with 3-bit shift.
# Using compressed klass with 3-bit shift.
# WARNING | Compressed references base/shifts are guessed by the experiment!
# WARNING | Therefore, computed addresses are just guesses, and ARE NOT RELIABLE.
# WARNING | Make sure to attach Serviceability Agent to get the reliable addresses.
# Objects are 8 bytes aligned.
# Field sizes by type: 4, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]
# Array element sizes: 4, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]
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10:27:32.311 [main] INFO com.flydean.JolUsage - java.lang.Object object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0    12        (object header)                           N/A
     12     4        (loss due to the next object alignment)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total
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10:27:32.312 [main] INFO com.flydean.JolUsage - java.lang.Object object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4        (object header)                           05 00 00 00 (00000101 00000000 00000000 00000000) (5)
      4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4        (object header)                           86 06 00 00 (10000110 00000110 00000000 00000000) (1670)
     12     4        (loss due to the next object alignment)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total
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从上面的结果我们知道，在64位的JVM中，一个Object实例是占用16个字节。
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因为Object对象中并没有其他对象的引用，所以我们看到Object对象只有一个12字节的对象头。剩下的4个字节是填充位。
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Object对象头那么这12字节的对象头是做什么用的呢？
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如果想要深入了解这12字节的对象头，当然是要去研读一下JVM的源码：src/share/vm/oops/markOop.hpp。
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有兴趣的小伙伴可以去看看。如果没有兴趣，没关系，这里给大家一个张总结的图：
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javaObject对象的对象头大小根据你使用的是32位还是64位的虚拟机的不同，稍有变化。这里我们使用的是64位的虚拟机为例。
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Object的对象头，分为两部分，第一部分是Mark Word，用来存储对象的运行时数据比如：hashcode，GC分代年龄，锁状态，持有锁信息，偏向锁的thread ID等等。
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在64位的虚拟机中，Mark Word是64bits，如果是在32位的虚拟机中Mark Word是32bits。
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第二部分就是Klass Word，Klass Word是一个类型指针，指向class的元数据，JVM通过Klass Word来判断该对象是哪个class的实例。
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且慢！
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有的小伙伴可能发现了问题，之前我们用JOL解析Object对象的时候，Object head大小是12字节，也就是96bits，这里怎么写的是128bits？
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没错，如果没有开启COOPs就是128bits，如果开启了COOPs，那么Klass Word的大小就从64bits降到了32bits。
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还记得我们之前讲的COOPs吗？
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COOPs就是压缩对象指针技术。
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对象指针用来指向一个对象，表示对该对象的引用。通常来说在64位机子上面，一个指针占用64位，也就是8个字节。而在32位机子上面，一个指针占用32位，也就是4个字节。
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实时上，在应用程序中，这种对象的指针是非常非常多的，从而导致如果同样一个程序，在32位机子上面运行和在64位机子上面运行占用的内存是完全不同的。64位机子内存使用可能是32位机子的1.5倍。
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而压缩对象指针，就是指把64位的指针压缩到32位。
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怎么压缩呢？64位机子的对象地址仍然是64位的。压缩过的32位存的只是相对于heap base address的位移。
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我们使用64位的heap base地址+ 32位的地址位移量，就得到了实际的64位heap地址。
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对象指针压缩在Java SE 6u23 默认开启。在此之前，可以使用-XX:+UseCompressedOops来开启。
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数组对象头java中有一个非常特别的对象叫做数组，数组的对象头和Object有什么区别吗？
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我们用JOL再看一次：
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log.info("{}",ClassLayout.parseClass(byte[].class).toPrintable());
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log.info("{}",ClassLayout.parseInstance("www.flydean.com".getBytes()).toPrintable());
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上面的例子中我们分别解析了byte数组的class和byte数组的实例：
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10:27:32.396 [main] INFO com.flydean.JolUsage - [B object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0    16        (object header)                           N/A
     16     0   byte [B.<elements>                             N/A
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total
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10:27:32.404 [main] INFO com.flydean.JolUsage - [B object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4        (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
      4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4        (object header)                           22 13 07 00 (00100010 00010011 00000111 00000000) (463650)
     12     4        (object header)                           0f 00 00 00 (00001111 00000000 00000000 00000000) (15)
     16    15   byte [B.<elements>                             N/A
     31     1        (loss due to the next object alignment)
Instance size: 32 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 1 bytes external = 1 bytes total
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看到区别了吗？我们发现数组的对象头是16字节，比普通对象的对象头多出了4个字节。这4个字节就是数组的长度。
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整个对象的结构好了，写到这里我们来总结一下，java对象的结构可以分为普通java对象和数组对象两种：
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数组对象在对象头中多了一个4字节的长度字段。
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大家看到最后的字节是padding填充字节，为什么要填充呢？
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因为JVM是以8字节为单位进行对其的，如果不是8字节的整数倍，则需要补全。
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本文链接：http://www.flydean.com/jvm-java-object-in-heap/
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