java 对象头

 

一、对象头

1.1 对象头介绍

java对象分为对象头，对象体，对齐字段，如下所示：

 

 

image.png

我们下面主要关注对象头的内容：

对象头 = Mark Word + Klass Word

如果是数组对象则：

对象头 = Mark Word + Klass Word + 数组长度

Klass Word：存储一个地址，长度取决于系统位数，32位和64位，该地址指向方法区中类的元数据信息。

常见的虚拟机分为32位和64位，则其对象头也会不同：

在32位系统中，Mark Word = 4 bytes = 32 bits，对象头 = 8 bytes = 64 bits；
在64位系统中，Mark Word = 8 bytes = 64 bits ，对象头 = 16 bytes = 128bits；

bytes 是字节，bits 是位。

  • 32位虚拟机虚拟机普通对象头
|-----------------------------------------------------------|
|                    Object Header (64 bits)                |
|---------------------------------|-------------------------|
|             Mark Word (32 bits) | Klass Word (32 bits)    |
|---------------------------------|-------------------------|
  • 32位虚拟机虚拟机数组对象头
|---------------------------------------------------------------------------------|
|                                  Object Header (96 bits)                        |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|
|       Mark Word(32bits)        | Klass Word(32bits)    | array length(32bits)   |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|
  • 32位虚拟机Mark Word
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|                       Mark Word(32bits)                                 |        State       |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|     hashcode:25                      | age:4 | biased_lock:0 |  lock:01 |      Nomal         |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|     thread:23              | epoch:2 | age:4 | biased_lock:1 |  lock:01 |      Biased        |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|     ptr_to_lock_record:30                                    |  lock:00 | Lightweight Locked |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|     ptr_to_heavyweight_monitor:30                            |  lock:10 | Heavyweight Locked |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|                                                              |  lock:11 |    Marked for GC   |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
  • 64位虚拟机虚拟机普通对象头
|--------------------------------------------------------------------------------------------|
|                                 Object Header(128bits)                                     |
|--------------------------------------------------------------------------------------------|
|                    Mark Word(64bits)             |         Klass Word(64bits)              | 
|--------------------------------------------------------------------------------------------|
  • 64位虚拟机虚拟机数组对象头
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|                                  Object Header (192 bits)                                               |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|-----------------------|
|       Mark Word(64bits)        | Klass Word(64bits)    | array length(32bits)   |  alignment(32bits)    |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|-----------------------|

在数组对象当中，有一个对齐长度（alignment/padding gap）是8字节，但是其中是包含数组长度4个字节，所以对齐字节长度也是4，具体可以看我下一小节的演示。

  • 64位虚拟机Mark Word
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|                                   Mark Word(64bits)                     |      State         |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|    unused:25|identity_hashcode:31|unused:1|age:4|biase_lock:0| lock:01  |      Nomal         |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|    thread:54|      epoch:2       |unused:1|age:4|biase_lock:1| lock:01  |      Biased        |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|                        ptr_to_lock_record:62                 | lock:00  | Lightweight Locked |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|                       ptr_to_heavyweight_monitor:62          | lock:10  | Heavyweight Locked |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|                                                              | lock:11  |    Marked for GC   |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|

1.2 查看对象头

引入下列依赖：

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.openjdk.jol/jol-core -->
<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.16</version>
</dependency>

本文并没有使用网上大家都在使用的0.10版本，因为对比后我发现，新版本0.16更能清晰的体现对象头的内容。同学们可以自行对比下。

首先声明两个JVM的参数：

  • -XX:-UseCompressedOops 关闭压缩
  • -XX:+UseCompressedOops 开启压缩

我的是默认开启的，所以需要使用-XX:-UseCompressedOops将其关闭。

下面会简单模拟是普通对象和数组对象，我的电脑都是64位的，即参照64位虚拟机的结果。

给定一个空的Student对象：

public class Student {

}

测试类如下：

public class ObjectHeader {

    public static void main(String[] args) {
        //对象
        Student student = new Student();
        //数组
        String[] strings = new String[]{};
        // 打印jvm的具体参数
        System.out.println(VM.current().details());
        // 打印普通对象头信息
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(student).toPrintable());
        // 打印数组对象头信息
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(strings).toPrintable());
    }
}

结果如下：

Connected to the target VM, address: '127.0.0.1:63960', transport: 'socket'
# Running 64-bit HotSpot VM.
# Objects are 8 bytes aligned.
# Field sizes by type: 8, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]
# Array element sizes: 8, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]

com.cloud.bssp.thread.objectheader.Student object internals:
OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE
  0   8        (object header: mark)     0x0000000000000001 (non-biasable; age: 0)
  8   8        (object header: class)    0x000000001c2b1cd0
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total

[Ljava.lang.String; object internals:
OFF  SZ               TYPE DESCRIPTION               VALUE
  0   8                    (object header: mark)     0x0000000000000001 (non-biasable; age: 0)
  8   8                    (object header: class)    0x000000001bfa4268
 16   4                    (array length)            0
 16   8                    (alignment/padding gap)   
 24   0   java.lang.String String;.<elements>        N/A
Instance size: 24 bytes
Space losses: 8 bytes internal + 0 bytes external = 8 bytes total

下面我们逐行进行讲解：

  • JVM参数
  // 64位虚拟机
  Running 64-bit HotSpot VM.
  //  按照8个字节对齐，即忽略第一个8字节
  Objects are 8 bytes aligned.
  // 忽略8字节后，余下的其实都是基本类型所占的字节：boolean,byte,char,short,int,float,long,double的大小
  Field sizes by type: 8, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]
  // 数组中元素所占字节，同上面
  >Array element sizes: 8, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]
  • 普通对象 com.cloud.bssp.thread.objectheader.Student
// 很明显，下面是mark word的大小，8个字节，64bits
object header: mark 
// 如下是klass word的大小，8个字节，64bits
object header: class
// 实例大小是16字节。
Instance size: 16 bytes
//空间损失，是否有对其字节，内部对齐和外部对齐
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total
  • 数组对象 [Ljava.lang.String; object
// 很明显，下面是mark word的大小，8个字节，64bits
object header: mark 
// 如下是klass word的大小，8个字节，64bits
object header: class
// 数组长度
array length
// 内部的对齐字节大小
alignment/padding gap
// 空数组
java.lang.String String;.<elements>        N/A
// 实例大小是24
Instance size: 24 bytes
//空间损失，8个是内部对齐字节，其中包含字节的长度4，也就是补齐了4个
Space losses: 8 bytes internal + 0 bytes external = 8 bytes total

二、Mark Word简介

这一节简单介绍小Mark Word当中的参数都是什么意思，以64位虚拟机介绍。

|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|                                   Mark Word(64bits)                     |      State         |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|    unused:25|identity_hashcode:31|unused:1|age:4|biase_lock:0| lock:01  |      Nomal         |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|    thread:54|      epoch:2       |unused:1|age:4|biase_lock:1| lock:01  |      Biased        |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|                        ptr_to_lock_record:62                 | lock:00  | Lightweight Locked |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|                       ptr_to_heavyweight_monitor:62          | lock:10  | Heavyweight Locked |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
|                                                              | lock:11  |    Marked for GC   |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|

先看state这一列，由上至下分别代表synchronized锁的状态：无锁，偏向锁，轻量级锁，重量级锁，GC。每个锁的含义将在下一篇文章重点讲解。

下面以行为单位，由上至下查看：

  • Nomal （无锁）
    unused：未使用25位
    identity_hashcode：31位的对象标识hashCode
    unused：未使用1位
    age：4位的Java对象GC回收年龄。
    biase_lock：1位偏向锁标记，0未启用
    locked：2位锁状态标志位，配合biased_lock表示java对象各阶段不同锁状态。

  • Biased（偏向锁）
    thread：54位的持有偏向锁的线程id
    epoch：偏向锁的时间戳
    unused：未使用1位
    age：4位的Java对象GC回收年龄。
    biase_lock：1位偏向锁标记，1启用
    locked：2位锁状态标志位，配合biased_lock表示java对象各阶段不同锁状态。

  • Lightweight Locked（轻量级锁）
    ptr_to_lock_record：轻量级锁状态下，指向栈中锁记录的指针。
    locked：2位锁状态标志位，00表示轻量级锁。

  • Heavyweight Locked（重量级锁）
    ptr_to_heavyweight_monitor：重量级锁状态下，指向Monitor(监视器或管程，下一篇文章讲解)的指针。
    locked：2位锁状态标志位，10表示轻量级锁。

  • Marked for GC（GC标记）
    locked：2位锁状态标志位，11表示被标记为垃圾回收。

关于对象头的内容，目前就介绍这么多，下一篇文章会讲解synchronized的相关内容和原理。有用的话给个关注，点赞吧！！

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