java对象结构
对象结构
在HotSpot虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为3块区域:对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)。下图是普通对象实例与数组对象实例的数据结构:
对象头
HotSpot虚拟机的对象头包括两部分信息:
1. markword
第一部分markword,用于存储对象自身的运行时数据,如哈希码(HashCode)、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等,这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机(未开启压缩指针)中分别为32bit和64bit,官方称它为“MarkWord”。
2. klass
对象头的另外一部分是klass类型指针,即对象指向它的类元数据的指针,虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类Class的实例.
3. 数组长度
数组长度也是占用64位(8字节)的空间,(只有数组对象有) 如果对象是一个数组, 那在对象头中还必须有一块数据用于记录数组长度.
实例数据
实例数据部分是对象真正存储的有效信息,对象体是用于保存对象属性和值的主体部分,占用内存空间取决于对象的属性数量和类型;无论是从父类继承下来的,还是在子类中定义的,都需要记录起来。
对齐填充
第三部分对齐填充并不是必然存在的,也没有特别的含义,它仅仅起着占位符的作用。由于HotSpot VM的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍,换句话说,就是对象的大小必须是8字节的整数倍。而对象头部分正好是8字节的倍数(1倍或者2倍),因此,当对象实例数据部分没有对齐时,就需要通过对齐填充来补全。
对象大小计算
要点
1. 在32位系统下,存放Class指针的空间大小是4字节,MarkWord是4字节,对象头为8字节。
2. 在64位系统下,存放Class指针的空间大小是8字节,MarkWord是8字节,对象头为16字节。
3. 64位开启指针压缩的情况下,存放Class指针的空间大小是4字节,MarkWord是8字节,对象头为12字节。 数组长度4字节+数组对象头8字节(对象引用4字节(未开启指针压缩的64位为8字节)+数组 markword为4字节(64位未开启指针压缩的为8字节))+对齐4=16字节。
4. 静态属性不算在对象大小内。
以上内容转载自 http://blog.csdn.net/lihuifeng/article/details/51681146
补充:
HotSpot对象模型
HotSpot中采用了OOP-Klass模型,它是描述Java对象实例的模型,它分为两部分:
1.类被加载到内存时,就被封装成了klass,klass包含类的元数据信息,像类的方法、常量池这些信息都是存在klass里的,你可以认为它是java里面的java.lang.Class对象,记录了类的全部信息;
2.OOP(Ordinary Object Pointer)指的是普通对象指针,它包含MarkWord 和元数据指针,MarkWord用来存储当前指针指向的对象运行时的一些状态数据;元数据指针则指向klass,用来告诉你当前指针指向的对象是什么类型,也就是使用哪个类来创建出来的;
那么为何要设计这样一个一分为二的对象模型呢?
这是因为HotSopt JVM的设计者不想让每个对象中都含有一个vtable(虚函数表),所以就把对象模型拆成klass和oop,其中oop中不含有任何虚函数,而klass就含有虚函数表,可以进行method dispatch。
HotSpot中,OOP-Klass实现的代码都在/hotspot/src/share/vm/oops/路径下,oop的实现为instanceOop 和 arrayOop,他们来描述对象头,其中arrayOop对象用于描述数组类型。
以下就是oop.hhp文件中oopDesc的源码,可以看到两个变量_mark就是MarkWord,_metadata就是元数据指针,指向klass对象,这个指针压缩的是32位,未压缩的是64位; volatile markOop _mark; //标识运行时数据 union _metadata { Klass* _klass; narrowKlass _compressed_klass; } _metadata; //klass指针
一个Java对象在内存中的布局可以连续分成两部分:instanceOop(继承自oop.hpp)和实例数据;
上图可以看到,
通过栈帧中的对象引用reference找到Java堆中的对象,
再通过对象的instanceOop中的元数据指针klass来找到方法区中的instanceKlass,从而确定该对象的类型。
下面来分析一下,执行new A()的时候,JVM 做了什么工作。
- 首先,如果这个类没有被加载过,JVM就会进行类的加载,
- 并在JVM内部创建一个instanceKlass对象表示这个类的运行时元数据(相当于Java层的Class对象)。
- 初始化对象的时候(执行invokespecial A::),JVM就会创建一个instanceOopDesc对象表示这个对象的实例,然后进行Mark Word的填充,将元数据指针指向Klass对象,并填充实例变量。
- 元数据—— instanceKlass 对象会存在元空间(方法区),而对象实例—— instanceOopDesc 会存在Java堆。
- Java虚拟机栈中会存有这个对象实例的引用。
- 成员变量重排序
为了提高性能,每个对象的起始地址都对齐于8字节,当封装对象的时候为了高效率,对象字段声明的顺序会被重排序成下列基于字节大小的顺序:
double (8字节) 和 long (8字节)
int (4字节) 和 float (4字节)
short (2字节) 和 char (2字节):char在java中是2个字节。java采用unicode,2个字节(16位)来表示一个字符。
boolean (1字节) 和 byte (1字节)
reference引用 (4/8 字节)
<子类字段重复上述顺序>
子类字段重复上述顺序。
我们可以测试一下java对不同类型的重排序,使用jdk1.8,采用反射的方式先获取到unsafe类,然后获取到每个field在类里面的偏移地址,就能看出来了
测试代码如下:
import java.lang.reflect.Field; import sun.misc.Contended; import sun.misc.Unsafe; public class TypeSequence { @Contended private boolean contended_boolean; private volatile byte a; private volatile boolean b; @Contended private int contended_short; private volatile char d; private volatile short c; private volatile int e; private volatile float f; @Contended private int contended_int; @Contended private double contended_double; private volatile double g; private volatile long h; public static Unsafe UNSAFE; static { try { @SuppressWarnings("ALL") Field theUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); theUnsafe.setAccessible(true); UNSAFE = (Unsafe) theUnsafe.get(null); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, SecurityException{ System.out.println("e:int \t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("e"))); System.out.println("g:double \t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("g"))); System.out.println("h:long \t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("h"))); System.out.println("f:float \t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("f"))); System.out.println("c:short \t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("c"))); System.out.println("d:char \t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("d"))); System.out.println("a:byte \t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("a"))); System.out.println("b:boolean\t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("b"))); System.out.println("contended_boolean:boolean\t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("contended_boolean"))); System.out.println("contended_short:short\t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("contended_short"))); System.out.println("contended_int:int\t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("contended_int"))); System.out.println("contended_double:double\t"+UNSAFE.objectFieldOffset(TypeSequence.class.getDeclaredField("contended_double"))); } }
以上代码运行结果如下
e:int 12
g:double 16
h:long 24
f:float 32
c:short 38
d:char 36
a:byte 40
b:boolean 41
contended_boolean:boolean 170
contended_short:short 300
contended_int:int 432
contended_double:double 568
除了int字段跑到了前面来了,还有两个添加了contended注解的字段外,其它字段都是按照重排序的顺序,类型由最长到最短的顺序排序的;
对象头对成员变量排序的影响
有的童鞋疑惑了,为啥int跑到前面来了呢?这是因为int字段被提升到前面填充对象头了,对象头有12个字节,会优先在字段中选择一个或多个能够将对象头填充为16个字节的field放到前面,如果填充不满,就加上padding,上面的例子加上一个4字节的int,正好是16字节,地址按8字节对齐;
扩展contended对成员变量排序的影响
那么contended注解呢?
这个注解是为了解决cpu缓存行伪共享问题的,cpu缓存伪共享是并发编程性能杀手,不知道什么是伪共享的可以查看我前面写的LongAdder类的源码解读 或者《java 中的锁 – 偏向锁、轻量级锁、自旋锁、重量级锁》这篇文章都有讲到,加了contended注解的字段会按照声明的顺序放到末尾,contended注解如果是用在类的field上会在该field前面插入128字节的padding,如果是用在类上则会在类所有field的前后都加上128字节的padding。 ( JVM 参数: -XX:-RestrictContended )
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