• JVM 对象结构


    HotSpot虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为三块区域:对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)
     
    1.对象头
    HotSpot虚拟机的对象头(Object Header)包括两部分信息,
    (1)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偏向时间戳等等,这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机(暂 不考虑开启压缩指针的场景)中分别为32个和64个Bits,官方称它为“Mark Word”。
    一个类被加载的时候,hashCode是被存放在对象头里面的Mark Word里面的。
     
    (2)第一部分KlassWord,即类型指针,即是对象指向它的类的元数据的指针,虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针,换句话说查找对象的元数据信息并不一定要经过对象本身。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。 
     
    2.实例数据
    实例数据部分是对象真正存储的有效信息,也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。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。
     
    3.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。

    普通对象和数组类型图例

    • 对象头中的Mark Word(标记字)主要用来表示对象的线程锁状态,另外还可以用来配合GC、存放该对象的hashCode;
    • Klass Word是一个指向方法区中Class信息的指针,意味着该对象可随时知道自己是哪个Class的实例;
    • 数组长度也是占用64位(8字节)的空间,这是可选的,只有当本对象是一个数组对象时才会有这个部分;
    • 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;
    • 对齐字是为了减少堆内存的碎片空间(不一定准确)。
     
    所有对象都继承自oopDesc类:
    class oopDesc{
        private:
            volatile markOop _mark; //对象的运行时信息,如hashcode、GC年龄、锁等
            union _metaData{        //对象的元数据指针,指向描述对象的klass对象
                wideKlassOop _klass;
                narrowOop _compressed_klass;
            }_metaData;
        ......
    }

    每当调用new创建一个新对象时,都会在堆中分配内存,并创建一个对象实例,其中包含对象头和实例数据,然后将创建的结果的引用返回给Java栈中的局部变量了。通过对象头可以访问对象的运行时信息(_mark )和对象类型相关信息( _metaData指针 )了。

    HotSpot中对象访问采用直接指针的方式实现,如下图所示: 

    Java程序是通过Java栈中的reference引用来操作堆上的具体对象的: 
    1)当要访问实例数据即类中的一般属性时,可通过reference直接访问堆中对象的实例数据 
    2)当要访问对象的方法和静态属性时,则通过_metaData指针访问方法区的klass对象即可 
    3)由于klass对象中含有虚函数表vtbl,因此每个对象通过_metaData指针访问klass对象便可以找到所有的虚函数 
    4)klass含有_super、_subclass等信息,因此可以找到每个类的所有父类、子类、兄弟类等
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