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Java面试之对象的内存结构

作者:WinVaz

首先,对象的内存布局就是对象在堆内存中的存储结构,可以划分为三个部分:

1.对象头(Header)。包括两类信息:

第一类是用于存储对象自身的运行时数据,如哈希码(25bit),GC分代年龄(4bit),锁状态标志(2bit),线程持有的锁,偏向线程ID,偏向时间戳等,官方称为“Mark Word”。

第二类是类型指针,即对象指向它的类型元数据的指针,Java虚拟机通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例。

第三类是数组长度,即如果对象是一个Java数组,因为数组长度不确定,将无法通过元数据中的信息推断出数组大小。

Java面试之对象的内存结构

Mark Word在32位的JVM中存储

Java面试之对象的内存结构

Mark Word在64位的JVM中存储

2.实例数据

是对象真正存储的有效信息。即所定义的各种类型的字段内容(父类继承和子类定义)。

存储顺序受虚拟机分配策略参数(-XX:FieldsAllocationStyle)和字段在源码中定义的顺序影响。HotSpot虚拟机默认的分配顺序为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops。相同宽度的字段总是被分配到一起存放。

3.对齐填充

这部分不是必然存在也没有特别的含义,仅仅起着占位符的作用。HotSpot虚拟机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,就是任何对象的大小都必须为8字节的整数倍。如果对象实例数据部分没有对齐的话,就需要通过对齐填充来补全。

知道了对象在堆内存的结构,那怎么进行对象的访问呢

对象的创建自然是为了后续使用该对象,Java程序会通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。由于reference类型在Java虚拟机规范里面只规定了它是一个指向对象的引用,并没有定义和这个引用应该通过什么方式去定位访问到堆中对象的具体位置,所以对象访问方式是由虚拟机实现的,主流的访问方式主要有使用句柄和直接指针。

1.句柄

Java堆中将可能会划出一块内存来作为句柄池,reference中存储的就是对象的句柄地址。

而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自具体的地址信息。

Java面试之对象的内存结构

通过句柄访问对象

2.直接指针(Hot Spot虚拟机采用的方式)

Java堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息。reference中存储的直接就是对象地址。

如果只是访问对象本身的话,就不需要多一次间接访问的开销。

句柄的最大好处就是reference中存储的是稳定的句柄地址,在对象移动(垃圾收集移动对象时非常普通的行动)时只会改变句柄中实例数据的指针,而reference本身不需要修改。

直接指针的最大好处就是速度更快,它节省了一次指针定位的时间开销。由于对象访问在Java中非常频繁,因此这类开销积少成多也是一项极为可观的执行成本。

Java面试之对象的内存结构

通过直接指针访问对象

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