关于java对象内存布局的面试题

问题：
1.解释一下对象的创建过程？
2.对象在内存中的存储布局？Object o = new Object()在内存中占用多少字符？
3.对象头具体包括什么？
4.对象怎么定位？

1.解释一下对象的创建过程？

T t = new T();

首先创建对象的时候，会先检查对象的class类有没有加载过，如果没加载过就执行类加载过程

1. class loading(加载)

   1. 通过一个类的全限定名来获取类的二进制字节流
      并未指定总哪获取，怎么获取。所以字节流可以是存储在硬盘上的文件，可以是运行时动态生成的二进制字节流，可以是有其他文件生成的（JSP对应的class文件）等等
   2. 将字节流代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
   3. 在内存中生成一个代表这个类的Class对象，作为方法区这个类的访问入口

2. class linking(verification、preparation、resolution)

   1. Verification (验证)

      ​ 校验装载的class文件是否符合JVM规范

   2. Preparation(准备)

      ​ 将class文件的静态变量赋默认值

      ​ 如：

      ​ static int i = 8 ;

      ​ 这里会给i赋值0，而不是赋值8。

   3. Resolution(解析)

      1. 将类、方法、属性等符号引用解析为直接引用

      ​ 对class文件常量池中各种符号引用进行解析，转成指针，偏移量等内存地址的直接引用

3. class initializing(初始化)

   1. 给类静态变量设置初始值，同时执行静态语句块.

4. 申请对象内存

5. 成员变量赋默认值

   1. 给类成员变量 比如 int i =8;

      将i赋值为0; i=0;

6. 调用构造方法

   1. 成员变量顺序赋初始值

      i =8;

   2. 执行构造方法

      super();一旦调用构造方法就先会执行父类初始化过程

2.对象在内存中的存储布局？Object o = new Object()在内存中占用多少字符？

1. 对象的大小以及内存布局与虚拟机的实现和设置有很大关系，所以先查看虚拟机的默认配置信息

2. 观察虚拟机配置

   java -XX:+PrintCommandLineFlags -version
   
   -XX:InitialHeapSize 初始的堆大小

   -XX:MaxHeapSize 最大的堆大小

   -XX:+UseComparessedClassPointers 和对象头有关系

   -XX:+UseCOmparessedOops 和对象内存布局有关系

   -XX:+UseParallelGC 和GC有关系

3. 对象的内存布局可以分为两种对象普通对象和数组对象

   普通对象

   ​ 1.对象头：在虚拟机中称为(markword）,8个字节

   ​ 2.ClassPointer指针（类指针，指向这个对象对应的T.class对象）：

   ​ -XX:+UseComparessedClassPointers 开启的话是4个字节，不开启则为8个字节

   ​ 3.实例数据（成员变量）

   ​ 引用类型：-XX:+UseCOmparessedOops 开始的话4个字节，不开启则为8个字节

   ​ 基本数据类型：

   ​ 4.Padding对齐，8的倍数。

   ​ 假如这个对象前面几项占用的字节为15则会补1个字节，则这个对象占用16字节

   数组对象（比普通对象多一个数组长度）

   ​ 1.markword 8个字节

   ​ 2.ClassPointer指针 4/8个字节

   ​ 3.数组长度：4个字节

   ​ 3.数组数据

   ​ 4.Padding对齐，8的倍数。

   ​ 假如这个对象前面几项占用的字节为15则会补1个字节，则这个对象占用16字节

4. 实验——观察对象的大小

   使用技术：java Agent

   JavaAgent 是JDK 1.5 以后引入的，也可以叫做Java代理。

   JavaAgent 是运行在 main方法之前的拦截器，它内定的方法名叫 premain ，也就是说先执行 premain 方法然后再执行 main 方法。

   class文件在loading到内存中的时候，可以通过javaAgent做代理，抓取class的二进制字节码进行操作。

   1.新建项目ObjectSize

   1. 新建项目ObjectSize （1.8）

   2. 创建文件ObjectSizeAgent

      package com.ls.jvm.agent;
      
      import java.lang.instrument.Instrumentation;
      
      /**
       * Created by 刘绍 on 2020/2/16.
       */
      public class ObjectSizeAgent {
          private static Instrumentation inst;
      
          public static void premain(String agentArgs, Instrumentation _inst) {
              inst = _inst;
          }
      
          public static long sizeOf(Object o) {
              return inst.getObjectSize(o);
          }
      }
      
      

   3. src目录下创建META-INF/MANIFEST.MF

      Manifest-Version: 1.0
      Created-By: mashibing.com
      Premain-Class: com.mashibing.jvm.agent.ObjectSizeAgent
      

      注意Premain-Class这行必须是新的一行（回车 + 换行），确认idea不能有任何错误提示

   4. 打包jar文件

   5. 在需要使用该Agent Jar的项目中引入该Jar包 project structure - project settings - library 添加该jar包

   6. 运行时需要该Agent Jar的类，加入参数：

      -javaagent:C:\work\ijprojects\ObjectSize\out\artifacts\ObjectSize_jar\ObjectSize.jar

   7. 如何使用该类：

      import com.ls.jvm.agent.ObjectSizeAgent;
      
      public class SizeOfAnObject {
          
          
          public static void main(String[] args) {
              System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new Object()));//16
              
              /*对象头8个字节+类指针4个字节，由于默认开启了-XX:+UseComparessedClassPointers 
              所以是4个字节，成员变量没有所以对象字节为8+4=12 最后Padding对齐，最后结果为16字节*/
              
              System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new int[] {}));//16
              /*对象头8个字节+类指针4个字节，由于默认开启了-XX:+UseComparessedClassPointers 
              所以是4个字节，数组长度4个字节，成员变量没有所以对象字节为8+4+4=16。结果是8的倍数所以		不需要最后Padding对齐，最后结果为16字节*/
              
             	/*在执行main方法的时候加入参数 -XX:-UseComparessedClassPointers 关闭类指针压缩
             	ObjectSizeAgent.sizeOf(new Object()) 为16字节
             	对象头8个字节+类指针8个字节=16字节 
             	
             	ObjectSizeAgent.sizeOf(new int[] {})
              对象头8个字节+类指针8个字节+数组长度4个字节+Padding对齐4个字节 = 24字节*/
              
              System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new P()));//32
              
              //对象头8个字节+类指针4个字节+4+4+4+1+1+4+1+Padding对齐1个字节 = 24字节
            
          }
      
      	private static class P {
              //8 _markword
              //4 _oop指针
              
              //-XX:+UseCOmparessedOops 成员变量类型引用指针。默认开启4字节，不开启为8字节
              int id;         //4
              String name;    //4
              int age;        //4
      
              byte b1;        //1
              byte b2;        //1
      
              Object o;       //4
              byte b3;        //1
      
          }
      }
      

   8. Hotspot开启内存压缩的规则（64位机）

      1. 4G以下，直接砍掉高32位
      2. 4G - 32G，默认开启内存压缩 ClassPointers Oops
      3. 32G，压缩无效，使用64位 内存并不是越大越好（^-）

3.对象头具体包括什么？

包括存储对象自身的运行时数据：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


1.其中可以看到不管32位还是64位中 GC的分代年龄只有4bit，4bit最大的数字为15。所以新生代进入老年代中最大的年龄限制就是15

2.当一个对象计算过identityHashCode之后，不能进入偏向锁状态

​ 参考资料：

​ https://cloud.tencent.com/developer/article/1480590

​ https://cloud.tencent.com/developer/article/1484167

​ https://cloud.tencent.com/developer/article/1485795

​ https://cloud.tencent.com/developer/article/1482500

4.对象怎么定位？

（深入java虚拟机第二版 第48页）

建立对象是为了使用对象，我们通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。

由于reference类型在java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用，并没有定义引用应该通过什么方式定位、访问堆中的对象具体位置，所以对象的访问方式取决于虚拟机的实现。

主流的访问方式有两种，HotSpot采用的是直接访问

1.句柄访问

好处：reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不会改变

2.指针访问

好处：访问速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销