HotSpot JVM 中 Java 对象的内存布局

Ordinary Object Pointers (OOPs)

在 HotSpot JVM 中使用一些类名为 {name}Desc 的类来描述 Java 对象（就是描述了 Java 对象的构成），这些类都继承了 oopDesc 基类； 并且这些类都叫做普通对象指针，简称 OOPs。

oopDesc 类中不仅包含了一个 Mark word 和一个 klass word（klass word、Class pointer 和 Class word 都是一样的）；还有一个重要东西 static BarrierSet* _bs; 提供了屏障实现和系统其它部分之间的接口。

除属性相关的方法外，oopDesc 定义了如下几类方法：

根据偏移量获取不同类型的 Java 字段的地址，如 byte_field_addr，int_field_addr，obj_field_addr 等
指针压缩和解压缩的方法，如 decode_heap_oop，encode_heap_oop 等
加载存储堆外对象的方法，如 load_heap_oop，store_heap_oop 等，堆外对象应该是指元空间中的对象
根据偏移量获取和设置不同类型的 Java 字段的方法，如 byte_field，byte_field_put 等
跟 GC 相关的方法，如 age，incr_age，is_gc_marked 等

Mark word

Mark word 是用来描述对象的头，在 HotSpot JVM 中是通过 markOopDesc 这个类实现的，在该类中有一个 uintptr_t 类型的变量并使用该变量来存储 identity hashcode，biased locking pattern，locking information and GC metadata。

注意：markOopDesc 它并不是一个 oop，因为历史原因才叫这个名字。

uintptr_t 类型在 32 位的系统中占用 4 个字节：

在 64 位的系统中占用 8 个字节：

markOopDesc 还提供了根据对象头获取对象状态信息的方法，比如 is_locked 方法判断对象是否上锁，通过 has_monitor 方法判断对象是否有对象锁，还有就是可以获取 ObjectMonitor（实现了 JavaMonitors）。

InstanceOopDesc

instanceOopDesc 继承自 oopDesc，用于表示 Java 对象（包含自定义类），每次 new 一个 Java 对象就会创建一个新的 instanceOopDesc 实例；例如：new HashTable() 就对应着一个 instanceOopDesc。

基本类型字段的保存是通过 instanceOopDesc 自身的地址，加上偏移量（单位是字节）计算出各个字段的地址，根据地址就可以获取或设置字段的值。

注意：各字段的偏移量和初始值等属性都保存在 InstanceKlass 的 _fields 属性中。

arrayOopDesc

arrayOopDesc 继承自 oopDesc，该类是所有数组 OopDesc 的基类，除 OopDesc 定义的属性外还需保存数组的长度，数组元素的取值。

该类添加了几个跟数组相关的方法，如下：

int base_offset_in_bytes(BasicType type)：获取首元素的偏移量
void* base(BasicType type): 获取首元素的地址
bool is_within_bounds(int index)：index是否数组越界
int length()：获取数组的长度
void set_length(int length)：设置数组长度
int32_t max_array_length(BasicType type): 获取数组的最大长度

该类下面有两个实现：

typeArrayOopDesc：是一个包含基本类型（characters, singles, doubles, bytes, shorts, integers, longs）的数组。
objArrayOopDesc：是一个包含 OOPs 的数组；例如：String arg[10]。

klass word

klass word 是使用 Klass 类实现，该类描述了 Java 类的继承关系（子类、父类）和类的信息（类名、修饰符、ClassLoader），该类有两个实现类：ArrayKlass 和 InstanceKlass。

InstanceKlass

InstanceKlass 是 Java Class 在 JVM 层面的内存表示，包含了类的一些信息，例如：该类使用的注解、该类的常量池、该类的方法指针数组、该类的字段数组。

ArrayKlass

ArrayKlass 继承自 Klass，是所有数组类的抽象基类，可以记录数组维度，数组元素类型。

下面有两个实现：

ObjArrayKlass 是 ArrayKlass 的子类，用于表示元素是类的数组或者多维数组。
TypeArrayKlass 是 ArrayKlass 的子类，用于表示元素是基本类型如 int 的数组。

总结

这篇文章一般不会用到，也就是过面试题刷一刷。主要就是记住 Mark word 就可以了，剩下的记住一个大概我觉得就没问题了。

下面就是大概的总结：

Object Header：该区域中存储的信息分为两部分。
- 对象本身的运行时数据（MarkWord）：该数据存储了 hashCode、垃圾回收（GC）生成年龄、锁类型标志、偏向锁线程的 ID、指向 LockRecord 的比较和交换（CAS）锁指针的线程。同步锁的机制与这部分（MarkWord）高度相关。MarkWord 的最低三位代表锁状态。对于这三个位，其中一个是偏置锁定位，另外两个是普通锁定位。
- 对象的类指针（Class Pointer）：对象的指针是指向其类元数据的指针。JVM 使用它来确定实例的类。
实例数据区
该区域存储对象的有效信息，例如对象中所有字段的内容。
对齐和填充区域
JVM HotSpot 的实现规定对象的起始地址必须是 8 字节的整数倍。换句话说，64 位操作系统一次读取 64 位整数倍的数据，即 8 个字节。因此，HotSpot 执行“对齐”以有效读取对象。如果对象的实际内存大小不是 8 字节的整数倍，HotSpot 会“填充”对象为 8 字节的整数倍。因此，对齐和填充区域的大小是动态的。