JVM-对象内存布局

jvm-对象内存布局

对象内存结构概述

对象的创建过程：

1. jvm将对象所在的class文件加载到方法区中
2. jvm读取main方法入口，将main方法入栈，执行创建对象代码
3. 在main方法的栈内存中分配对象的引用，在堆中分配内存放入创建的对象，并将栈中的引用指向堆中的对象

堆内存中的对象由3部分组成：

1. 对象头 header
2. 实例数据 instance data
3. 对齐填充字节 padding

对象头

对象头存储的是对象在运行时状态的相关信息、指向该对象所属类的元数据的指针，如果对象是数组对象那么还会额外存储对象的数组长度

对象头的组成

普通对象：

1. 标记字 mark word
2. 指针类型 klass pointer

数组对象：

1. 标记字 mark word
2. 指针类型 klass pointer
3. 数组长度

mark word

在对象头中，mark word 一共有64个bit，用于存储对象自身的运行时数据，标记对象处于以下5种状态中的某一种：

（此处应有图）

在mark word中，锁（lock）标志位占用2个bit，结合1个bit偏向锁（biased_lock）标志位，这样通过倒数的3位，就能用来标识当前对象持有的锁的状态，并判断出其余位存储的是什么信息。

---

基于mark word的锁升级流程：

无锁/可偏向

锁对象刚创建时，没有任何线程竞争，对象处于无锁状态。在上面打印的空对象的内存布局中，根据大小端，最后3位001，表示处于无锁态，并且处于不可偏向状态。这是因为在jdk中偏向锁存在延迟4秒启动，也就是说在jvm启动后4秒后创建的对象才会开启偏向锁，我们通过jvm参数-XX:BiasedLockingStartupDelay=0取消这个延迟时间，这时最后3位为101，表示当前对象的锁没有被持有，并且处于可被偏向状态。

偏向锁

在没有线程竞争的条件下，第一个获取锁的线程通过CAS将自己的threadId写入到该对象的mark word中，若后续该线程再次获取锁，需要比较当前线程threadId和对象mark word中的threadId是否一致，如果一致那么可以直接获取，并且锁对象始终保持对该线程的偏向，也就是说偏向锁不会主动释放。
偏向锁的CAS环节在修改thread id

无锁和偏向锁状态时，偏向锁标记位是有值的，所以看后三位

轻量级锁

当两个或以上线程交替获取锁，但并没有在对象上并发的获取锁时，偏向锁升级为轻量级锁。在此阶段，线程采取CAS的自旋方式尝试获取锁，避免阻塞线程造成的cpu在用户态和内核态间转换的消耗。
轻量级锁的CAS环节在自旋获取锁

轻量级锁和重量级锁时，已不需要偏向锁标记，所以只有后两位

综合上面3个阶段，整个加锁状态的变化流程如下：

1. 主线程首先对user对象加锁，首次加锁为101偏向锁
2. 子线程等待主线程释放锁后，对user对象加锁，这时将偏向锁升级为00轻量级锁
3. 轻量级锁解锁后，user对象无线程竞争，恢复为001无锁态，并且处于不可偏向状态。如果之后有线程再尝试获取user对象的锁，会直接加轻量级锁，而不是偏向锁

重量级锁

当两个或以上线程并发的在同一个对象上进行同步时，为了避免无用自旋消耗cpu，轻量级锁会升级成重量级锁。这时mark word中的指针指向的是monitor对象（也被称为管程或监视器锁）的起始地址。在两个线程同时竞争user对象的锁时，会升级为10重量级锁。

mark word中的其他信息

hashcode

无锁态下的hashcode采用了延迟加载技术，在第一次调用hashCode()方法时才会计算写入。

只有在调用没有被重写的Object.hashCode()方法或System.identityHashCode(Object)方法才会写入mark word，执行用户自定义的hashCode()方法不会被写入。

当对象被加锁后，mark word中就没有足够空间来保存hashCode了，这时hashcode会被移动到重量级锁的Object Monitor中。

epoch

偏向锁的时间戳

分代年龄（age）

在jvm的垃圾回收过程中，每当对象经过一次Young GC，年龄都会加1，这里4位来表示分代年龄最大值为15，这也就是为什么对象的年龄超过15后会被移到老年代的原因。在启动时可以通过添加参数来改变年龄阈值-XX:MaxTenuringThreshold，当设置的阈值超过15时，启动时会报错。

Klass Pointer 类型指针

Klass Pointer是一个指向方法区中Class信息的指针，虚拟机通过这个指针确定该对象属于哪个类的实例。在64位的JVM中，支持指针压缩功能，根据是否开启指针压缩，Klass Pointer占用的大小将会不同：

1. 未开启指针压缩时，类型指针占用8B (64bit)
2. 开启指针压缩情况下，类型指针占用4B (32bit)

在jdk6之后的版本中，指针压缩是被默认开启的

实例数据

实例数据存储的是对象的真正有效数据，也就是各个属性字段的值，如果在拥有父类的情况下，还会包含父类的字段。字段的存储顺序会受到数据类型长度、以及虚拟机的分配策略的影响

对齐填充字节

在java对象中，需要对齐填充字节的原因是，64位的jvm中对象的大小被要求向8字节对齐，因此当对象的长度不足8字节的整数倍时，需要在对象中进行填充操作。注意图中对齐填充部分使用了虚线，这是因为填充字节并不是固定存在的部分，这点在后面计算对象大小时具体进行说明