JVM系列之:详解java object对象在heap中的结构

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。

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。

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。

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。

工具当然是使用JOL:

@Slf4j
public class JolUsage {

    @Test
    public void useJol(){
        log.info("{}", VM.current().details());
        log.info("{}", ClassLayout.parseClass(Object.class).toPrintable());
        log.info("{}", ClassLayout.parseInstance(new Object()).toPrintable());
    }
}

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。

看下输出:

[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]

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

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

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。

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。

Object对象头

那么这12字节的对象头是做什么用的呢?

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。

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:

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。

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。

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。

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。

且慢!

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?

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。

还记得我们之前讲的COOPs吗?

COOPs就是压缩对象指针技术。

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。

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。

而压缩对象指针,就是指把64位的指针压缩到32位。

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。

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。

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。

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?

我们用JOL再看一次:

log.info("{}",ClassLayout.parseClass(byte[].class).toPrintable());

log.info("{}",ClassLayout.parseInstance("www.flydean.com".getBytes()).toPrintable());

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:

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

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

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。

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:

数组对象在对象头中多了一个4字节的长度字段。

大家看到最后的字节是padding填充字节,为什么要填充呢?

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。

本文作者:flydean程序那些事

本文链接:http://www.flydean.com/jvm-java-object-in-heap/

本文来源:flydean的博客

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2 Responses

  1. Thomas说道:

    估计太激动了,“这里怎么写的是12bits?”这里写错

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