概述

對象實例由對象頭、實例數據組成，其中對象頭包括markword和類型指針，如果是數組，還包括數組長度;

| 類型 | 32位JVM | 64位JVM|| ------ ---- | ------------| --------- || markword | 32bit | 64bit || 類型指針 | 32bit |64bit ，開啟指針壓縮時為32bit || 數組長度 | 32bit |32bit |

header.png

compressed_header.png

可以看到

開啟指針壓縮時，markword占用8bytes,類型指針占用8bytes，共占用16bytes;

未開啟指針壓縮時，markword占用8bytes,類型指針占用4bytes,但由于java內存地址按照8bytes對齊,長度必須是8的倍數，因此會從12bytes補全到16bytes;

數組長度為4bytes,同樣會進行對齊，補足到8bytes;

另外從上面的截圖可以看到，開啟指針壓縮之后，對象類型指針為0xf800c005,但實際的類型指針為0x7c0060028;那么指針是如何壓縮的呢？

實際上由于java地址一定是8的倍數，因此將0xf800c005*8即可得到實際的指針0x7c0060028,關于指針壓縮的更多知識可參考官方文檔。

markword結構

markword的結構，定義在markOop.hpp文件：

32 bits: -------- hash:25 ------------>| age:4 biased_lock:1 lock:2 (normal object) JavaThread*:23 epoch:2 age:4 biased_lock:1 lock:2 (biased object) size:32 ------------------------------------------>| (CMS free block) PromotedObject*:29 ---------->| promo_bits:3 ----->| (CMS promoted object) 64 bits: -------- unused:25 hash:31 -->| unused:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (normal object) JavaThread*:54 epoch:2 unused:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (biased object) PromotedObject*:61 --------------------->| promo_bits:3 ----->| (CMS promoted object) size:64 ----------------------------------------------------->| (CMS free block) unused:25 hash:31 -->| cms_free:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (COOPs && normal object) JavaThread*:54 epoch:2 cms_free:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (COOPs && biased object) narrowOop:32 unused:24 cms_free:1 unused:4 promo_bits:3 ----->| (COOPs && CMS promoted object) unused:21 size:35 -->| cms_free:1 unused:7 ------------------>| (COOPs && CMS free block) [ptr | 00] locked ptr points to real header on stack [header | 0 | 01] unlocked regular object header [ptr | 10] monitor inflated lock (header is wapped out) [ptr | 11] marked used by markSweep to mark an object

由于目前基本都在使用64位JVM,此處不再對32位的結構進行詳細說明：

偏向鎖標識位 鎖標識位 鎖狀態 存儲內容 0 01 未鎖定 hash code(31),年齡(4) 1 01 偏向鎖 線程ID(54),時間戳(2),年齡(4) 無 00 輕量級鎖 棧中鎖記錄的指針(64) 無 10 重量級鎖 monitor的指針(64) 無 11 GC標記 空，不需要記錄信息

此處，有幾點要注意:

如果對象沒有重寫hashcode方法，那么默認是調用os::random產生hashcode,可以通過System.identityHashCode獲取；os::random產生hashcode的規則為:next_rand = (16807seed) mod (2*31-1),因此可以使用31位存儲;另外一旦生成了hashcode,JVM會將其記錄在markword中；

GC年齡采用4位bit存儲，最大為15，例如MaxTenuringThreshold參數默認值就是15；

當處于輕量級鎖、重量級鎖時，記錄的對象指針，根據JVM的說明，此時認為指針仍然是64位，最低兩位假定為0;當處于偏向鎖時，記錄的為獲得偏向鎖的線程指針，該指針也是64位；

We assume that stack/thread pointers have the lowest two bits cleared.ObjectMonitor* monitor() const { assert(has_monitor(), 'check'); // Use xor instead of &~ to provide one extra tag-bit check. return (ObjectMonitor*) (value() ^ monitor_value);//monitor_value=2,value最右兩位為10，因此異或之后最右兩位為0 }JavaThread* biased_locker() const { assert(has_bias_pattern(), 'should not call this otherwise'); return (JavaThread*) ((intptr_t) (mask_bits(value(), ~(biased_lock_mask_in_place | age_mask_in_place | epoch_mask_in_place))));//~(biased_lock_mask_in_place | age_mask_in_place | epoch_mask_in_place)為11111111111111111111110010000000，計算后的結果中，低10位全部為0; }

由于java中內存地址都是8的倍數，因此可以理解為最低3bit為0，因此假設輕量級和重量級鎖的最低2位為0是成立的；但為什么偏向鎖的最低10位都是0?查看markOop.hpp文件，發現有這么一句話:

// Alignment of JavaThread pointers encoded in object header required by biased locking enum { biased_lock_alignment = 2 << (epoch_shift + epoch_bits)//epoch_shift+epoch_bits＝10 };

thread.hpp中重載了operator new:

void* operator new(size_t size) { return allocate(size, true); }// ======= Thread ========// Support for forcing alignment of thread objects for biased lockingvoid* Thread::allocate(size_t size, bool throw_excpt, MEMFLAGS flags) { if (UseBiasedLocking) { const int alignment = markOopDesc::biased_lock_alignment;//10 size_t aligned_size = size + (alignment - sizeof(intptr_t)); void* real_malloc_addr = throw_excpt? AllocateHeap(aligned_size, flags, CURRENT_PC) : os::malloc(aligned_size, flags, CURRENT_PC); void* aligned_addr = (void*) align_size_up((intptr_t) real_malloc_addr, alignment); assert(((uintptr_t) aligned_addr + (uintptr_t) size) <= ((uintptr_t) real_malloc_addr + (uintptr_t) aligned_size), 'JavaThread alignment code overflowed allocated storage'); if (TraceBiasedLocking) { if (aligned_addr != real_malloc_addr) tty->print_cr('Aligned thread ' INTPTR_FORMAT ' to ' INTPTR_FORMAT, real_malloc_addr, aligned_addr); } ((Thread*) aligned_addr)->_real_malloc_address = real_malloc_addr; return aligned_addr; } else { return throw_excpt? AllocateHeap(size, flags, CURRENT_PC) : os::malloc(size, flags, CURRENT_PC); }}

如果開啟了偏移鎖,在創建線程時，線程地址會進行對齊處理，保證低10位為0

實例數據

實例數據中主要包括對象的各種成員變量，包括基本類型和引用類型；static類型的變量會放到java/lang/Class中，而不會放到實例數據中；

對于引用類型的成員(包括string)，存儲的指針；對于基本類型，直接存儲內容；通常會將基本類型存儲在一起，引用類型存儲在一起；

例如類Test的成員定義如下:

private static Test t1=new Test(); private Test t2; private int a=5; private Integer b=7; private String c='112'; private BigDecimal d=new BigDecimal('5'); private long e=9l;

body.png

可以看到long e、int a為基本類型，存儲在一起；其它的引用類型存儲在一起；int占用4bytes,不足8bytes,自動補足到8bytes;

補充知識：java的對象物理結構，以及對象頭中MarkWord與鎖的關系

java 對象頭

我們都知道，Java對象存儲在堆（Heap）內存。那么一個Java對象到底包含什么呢？概括起來分為對象頭、對象體和對齊字節。

如下圖所示：

對象的幾個部分的作用：

1.對象頭中的Mark Word（標記字）主要用來表示對象的線程鎖狀態，另外還可以用來配合GC、存放該對象的hashCode；

2.Klass Word是一個指向方法區中Class信息的指針，意味著該對象可隨時知道自己是哪個Class的實例；

3.數組長度也是占用64位（8字節）的空間，這是可選的，只有當本對象是一個數組對象時才會有這個部分；

4.對象體是用于保存對象屬性和值的主體部分，占用內存空間取決于對象的屬性數量和類型；

5.對齊字是為了減少堆內存的碎片空間（不一定準確）。

了解了對象的總體結構，接下來深入地了解對象頭的三個部分。

一、Mark Word（標記字）

以上是Java對象處于5種不同狀態時，Mark Word中64個位的表現形式，上面每一行代表對象處于某種狀態時的樣子。其中各部分的含義如下：

lock:2位的鎖狀態標記位，由于希望用盡可能少的二進制位表示盡可能多的信息，所以設置了lock標記。該標記的值不同，整個Mark Word表示的含義不同。biased_lock和lock一起，表達的鎖狀態含義如下：

biased_lock：對象是否啟用偏向鎖標記，只占1個二進制位。為1時表示對象啟用偏向鎖，為0時表示對象沒有偏向鎖。lock和biased_lock共同表示對象處于什么鎖狀態。

age：4位的Java對象年齡。在GC中，如果對象在Survivor區復制一次，年齡增加1。當對象達到設定的閾值時，將會晉升到老年代。默認情況下，并行GC的年齡閾值為15，并發GC的年齡閾值為6。由于age只有4位，所以最大值為15，這就是-XX:MaxTenuringThreshold選項最大值為15的原因。

identity_hashcode：31位的對象標識hashCode，采用延遲加載技術。調用方法System.identityHashCode()計算，并會將結果寫到該對象頭中。當對象加鎖后（偏向、輕量級、重量級），MarkWord的字節沒有足夠的空間保存hashCode，因此該值會移動到管程Monitor中。

thread：持有偏向鎖的線程ID。

epoch：偏向鎖的時間戳。

ptr_to_lock_record：輕量級鎖狀態下，指向棧中鎖記錄的指針。

ptr_to_heavyweight_monitor：重量級鎖狀態下，指向對象監視器Monitor的指針。

二、Klass Word（類指針）

這一部分用于存儲對象的類型指針，該指針指向它的類元數據，JVM通過這個指針確定對象是哪個類的實例。該指針的位長度為JVM的一個字大小，即32位的JVM為32位，64位的JVM為64位。

如果應用的對象過多，使用64位的指針將浪費大量內存，統計而言，64位的JVM將會比32位的JVM多耗費50%的內存。為了節約內存可以使用選項+UseCompressedOops開啟指針壓縮，其中，oop即ordinary object pointer普通對象指針。

開啟該選項后，下列指針將壓縮至32位：

每個Class的屬性指針（即靜態變量）

每個對象的屬性指針（即對象變量）

普通對象數組的每個元素指針

當然，也不是所有的指針都會壓縮，一些特殊類型的指針JVM不會優化，比如指向PermGen的Class對象指針(JDK8中指向元空間的Class對象指針)、本地變量、堆棧元素、入參、返回值和NULL指針等。

三、數組長度

如果對象是一個數組，那么對象頭還需要有額外的空間用于存儲數組的長度，這部分數據的長度也隨著JVM架構的不同而不同：32位的JVM上，長度為32位；64位JVM則為64位。

64位JVM如果開啟+UseCompressedOops選項，該區域長度也將由64位壓縮至32位。

以上這篇淺談java對象結構 對象頭 Markword就是小編分享給大家的全部內容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持好吧啦網。