java对象内存结构分析与大小计算

java对象内存结构

Java对象保存在堆中时，由三部分组成：

1. 对象头（object header）：包括了关于堆对象的布局、类型、GC状态、同步状态和标识哈希码的基本信息。所有java对象都有一个共同的对象头格

2. 实例数据（Instance Data）：主要是存放类的数据信息，父类的信息，对象字段属性信息。

3. 数据长度(array length):记录了数组的长度（只有对象是数组时才有这个结构）。

4. 对齐填充（Padding）：为了字节对齐成的8倍数，填充的数据，不是必须的。

什么是对象头？

我们可以在Hotspot官方文档中找到它的描述。从中可以发现，它是Java对象和虚拟机内部对象都有的共同格式，由两个字(计算机术语)组成。另外，如果对象是一个Java数组，那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据，因为虚拟机可以通过普通Java对象的元数据信息确定Java对象的大小，但是从数组的元数据中无法确定数组的大小。

它里面提到了对象头由两个字组成，这两个字分别是 mark word和 klass pointer。

什么是mark word

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、偏向时间戳等等。

Mark Word在32位JVM中的长度是32bit，在64位JVM中长度是64bit。

虽然它们在不同位数的JVM中长度不一样，但是基本组成内容是一致的。

• 锁标志位（lock）：区分锁状态，11时表示对象待GC回收状态, 只有最后2位锁标识(11)有效。

• biased_lock：是否偏向锁，由于正常锁和偏向锁的锁标识都是 01，没办法区分，这里引入一位的偏向锁标识位。

• 分代年龄（age）：表示对象被GC的次数，当该次数到达阈值的时候，对象就会转移到老年代。

• 对象的hashcode（hash）：运行期间调用System.identityHashCode()来计算，延迟计算，并把结果赋值到这里。当对象加锁后，计算的结果31位不够表示，在偏向锁，轻量锁，重量锁，hashcode会被转移到Monitor中。

• 偏向锁的线程ID（JavaThread）：偏向模式的时候，当某个线程持有对象的时候，对象这里就会被置为该线程的ID。 在后面的操作中，就无需再进行尝试获取锁的动作。

• epoch：偏向锁在CAS锁操作过程中，偏向性标识，表示对象更偏向哪个锁。ptr_to_lock_record：轻量级锁状态下，指向栈中锁记录的指针。当锁获取是无竞争的时，JVM使用原子操作而不是OS互斥。这种技术称为轻量级锁定。在轻量级锁定的情况下，JVM通过CAS操作在对象的标题字中设置指向锁记录的指针。ptr_to_heavyweight_monitor：重量级锁状态下，指向对象监视器Monitor的指针。如果两个不同的线程同时在同一个对象上竞争，则必须将轻量级锁定升级到Monitor以管理等待的线程。在重量级锁定的情况下，JVM在对象的ptr_to_heavyweight_monitor设置指向Monitor的指针。

Klass Pointer

即类型指针，是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的实例。

实例数据

如果对象有属性字段，则这里会有数据信息。如果对象无属性字段，则这里就不会有数据。根据字段类型的不同占不同的字节，例如boolean类型占1个字节，int类型占4个字节等等；

对齐填充

对象可以有对齐数据也可以没有。默认情况下，Java虚拟机堆中对象的起始地址需要对齐至8的倍数。如果一个对象用不到8N个字节则需要对其填充，以此来补齐对象头和实例数据占用内存之后剩余的空间大小。如果对象头和实例数据已经占满了JVM所分配的内存空间，那么就不用再进行对齐填充了。

所有的对象分配的字节总SIZE需要是8的倍数，如果前面的对象头和实例数据占用的总SIZE不满足要求，则通过对齐数据来填满。

为什么要对齐数据？

字段内存对齐的其中一个原因，是让字段只出现在同一CPU的缓存行中。如果字段不是对齐的，那么就有可能出现跨缓存行的字段。也就是说，该字段的读取可能需要替换两个缓存行，而该字段的存储也会同时污染两个缓存行。这两种情况对程序的执行效率而言都是不利的。其实对其填充的最终目的是为了计算机高效寻址。

java对象大小的计算(我是64位计算机 JDK8)

maven 引入如下jar包

 <dependency><groupId>org.openjdk.jol</groupId><artifactId>jol-core</artifactId><version>0.16</version></dependency>

demo code

public class ObjectTest {public static void main(String[] args) {System.out.println("****************没属性**********************");testOne testOne = new testOne();System.out.println(ClassLayout.parseInstance(testOne).toPrintable());System.out.println("****************有属性**********************");testTwo testTwo = new testTwo();System.out.println(ClassLayout.parseInstance(testTwo).toPrintable());System.out.println("****************有数组**********************");testTwo[] testTwoArr = new testTwo[]{new testTwo(),new testTwo()};System.out.println(ClassLayout.parseInstance(testTwoArr).toPrintable());}
}class  testOne{}class  testTwo{private  int a;}

结果含义

1. OFF : 偏移地址，单位字节；

2. SZ :占用的内存大小，单位为字节；

3. TYPE DESCRIPTION : 类型描述，

其中object header:mark为对象头的markword；

其中object header:class为对象头的klass pointer；

其中 object alignment gap 为对齐填充

其中array length 为数组长度

由于jdk默认开启了指针压缩。
所以我们能看到object header: class 变成了4个字节。 对象头占了12个字节
可以通过配置vm参数开启关闭指针压缩，-XX:-UseCompressedOops。这时候对象头变成了16个字节****************无属性**********************
com.tongji.testOne object internals:
OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE0   8        (object header: mark)     0x0000000000000001 (non-biasable; age: 0)8   4        (object header: class)    0xf800c24412   4        (object alignment gap)    
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total
1.对象头mark 8个字节+对象头 klass pointer 4个字节=12字节
2.由于12不是8的整数被所以需要把12填充到8的倍数
3.最接近12的能被整除的是16故需要填充4个字节 16-12=4字节。****************有属性**********************
com.tongji.testTwo object internals:
OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE0   8        (object header: mark)     0x0000000000000001 (non-biasable; age: 0)8   4        (object header: class)    0xf800cfce12   4    int testTwo.a                 0
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total
1.对象头mark 8个字节+对象头 klass pointer 4个字节=12字节
2.类中int 占4个字节
3.12+4=16个字节 能被8整除故不需要填充****************数组**********************
[Lcom.tongji.testTwo; object internals:
OFF  SZ                          TYPE DESCRIPTION               VALUE0   8                               (object header: mark)     0x0000000000000001 (non-biasable; age: 0)8   4                               (object header: class)    0xf800d0dc12   4                               (array length)            212   4                               (alignment/padding gap)   16   8   com.tongji.testTwo testTwo;.<elements>       N/A
Instance size: 24 bytes
Space losses: 4 bytes internal + 0 bytes external = 4 bytes total1.对象头mark 8个字节+对象头 klass pointer 4个字节=12字节
2.array length 占4个字节
3.elements 占8个字节
4.12+4+8=24字节

GC年龄为啥最大是15？大家猜猜是为啥！

看到前面的对象头的mark word 大家肯定都知道了 GC年龄无论在32位还是64位计算机只占了4位其最大值也就是 1111(二进制)=2^4-1=15.

平常常用的hashCode藏在哪里？