在HotSpot虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为3块区域:对象头、实例数据和对齐填充。
1 对象的内存布局
1.1 对象头
第一部分:用于存储对象自身的运行时数据,如哈希码、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,这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机中分别为32bit和64bit,官方称为“Mark Word”。
第二部分:类型指针,即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。但不是所有的虚拟机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不一定要经过对象本身。
如果对象是一个Java数组,在对象头中还需要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。
1.2 实例数据
实例数据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,都需要记录下来。这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中定义顺序的影响。
1.3 对齐填充
对齐填充不是必然存在的,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。
2 对象的访问定位
Java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。对象访问方式取决于虚拟机实现,目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。
2.1 句柄
Java堆中划分出一块内存来作为句柄池,reference中存储对象的句柄地址,而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息。
优势: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本身不需要修改。
2.2. 直接指针
如果使用直接指针访问,那么Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息,而reference中存储的直接就是对象地址。
优势:速度更快,节省了一次指针定位的时间开销。由于对象的访问在Java中非常频繁,因此这类开销积少成多后也是非常可观的执行成本。(例如HotSpot)