JVM のオブジェクトメモリレイアウト

この記事では、オブジェクトのメモリレイアウトとヒープ内のオブジェクトにアクセスする方法を紹介します。

序文

Object object = new Object() この文の理解度を教えてください。一般的に言えば、JDK8 のデフォルトの状況によると、新しいオブジェクトによって占有されるメモリ領域の量。

オブジェクトの場所がヒープに格納されることは以前に説明しました (従来の状況: エデンの園 → S0/S1 → 古い世代)。
それでは、レイアウトについて話しましょう。つまり、オブジェクトの構成は何ですか? 頭と体？

オブジェクトメモリレイアウト

HotSpot 仮想マシンでは、ヒープメモリ内のオブジェクトのストレージレイアウトは、オブジェクトヘッダー (Header)、インスタンスデータ (Instance Data)、アライメントパディング (Padding) の 3 つの部分に分割できます。

1) オブジェクトヘッダー

オブジェクトヘッダーには、データの 2 つの部分が含まれます。

ランタイムアリティマークワード
型ポインタクラスポインタ

オブジェクトが配列の場合、配列の長さも記録する必要があります。以下に示すように：

ランタイムメタデータマークワールド

HashCode、オブジェクトの経過時間、ロック状態フラグ、スレッドが保持するロックなどの情報を保存します。
64 ビットシステムでは、マークワードが81 バイトを占め、タイプポインターが81 バイト [ポインター圧縮が有効な場合は 4 バイト]、合計 16 (12) バイトを占めます。
新しいオブジェクトにインスタンスデータがない場合、それは 16 バイトです [デフォルトでは、ポインターの圧縮が開始されます -XX:+UseCompressedClassPointers、アラインメントパディング 4 バイト]
マークワードの格納構造を下図に示します。

型ポインタクラスポインタ

メソッド領域のクラスメタ情報 (オブジェクトテンプレート) を指すと、仮想マシンはこのポインターを使用して、オブジェクトがどのクラスのインスタンスであるかを判断します。

2) インスタンスデータ

オブジェクトが実際に保持している有効な情報、つまりクラス内で定義されている各種属性（親クラスから継承したものや自身で定義したものも含む）です。
インスタンスデータストレージには特定のルールがあります。
1. 同じ幅のフィールドは常に一緒に割り当てられます。
2. 親クラスで定義された変数は、サブクラスの前に表示されます。
3. CompactFields パラメータが true の場合 (デフォルトは true): サブクラスのナロー変数が親クラス変数のギャップに挿入される可能性があります

3) パディングを揃える

虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍【具体原因这里就不赘述了，读者可自行查阅相关资料】。
填充数据不是必须存在的，仅仅是为了字节对齐这部分内存按8字节补充对齐

4）JOL验证

引入JOL依赖

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.9</version>
</dependency>
复制代码

使用JOL查看Object对象内部细节

使用JOL查看Customer对象内部细节

public class Customer {
    int id;
    boolean flag = false;
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new Customer()).toPrintable());
    }
}
复制代码

7→填充的字节数
声明一个Customer的实例，只有一个对象头的实例对象，12字节（开启压缩指针）+ 4字节[int] + 1字节[boolean]=17字节，此时需要对齐填充到24字节

默认开启指针压缩的 -XX:+UseCompressedClassPointers

12 + 4(对齐填充) == 一个对象16字节（不算实例数据）

手动关闭指针压缩 -XX:-UseCompressedClassPointers

8 + 8 == 16字节（不算实例数据）

图示对象的内存布局

对象的访问定位

创建对象是为了后续使用该对象，那么JVM是如何通过栈帧中的对象引用访问到其内部的对象实例的呢？

通过栈上的reference访问

而reference类型只是一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过什么方式去定位、访问到堆中对象的具体位置，而JVM中主流的对象访问方式主要有使用句柄和直接指针两种方式。

1）句柄访问

Java堆中可能会划分出一块内存来作为句柄池，而reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自具体的地址信息。

优点：reference中存储稳定句柄地址，对象被移动（垃圾收集时候移动对象很普遍）时会改变句柄中的实例数据指针即可，reference本身不需要被修改
缺点：需要多占用一些空间

2）直接指针

HotSpot使用该方式。

直接ポインタアクセスを使用する場合、Java ヒープ内のオブジェクトのメモリレイアウトは、アクセスタイプデータの関連情報を配置する方法を考慮する必要があります。オブジェクトアドレスは参照に直接格納されます。オブジェクト自体にのみアクセスする場合は、そこにオブジェクトアドレスが格納されます。追加の間接アクセスオーバーヘッドは必要ありません。