對于 Java 虛擬機(jī)，我們都知道其內(nèi)存區(qū)域劃分成：堆、方法區(qū)、虛擬機(jī)棧等區(qū)域。但一個對象在 Java 虛擬機(jī)中是怎樣存儲的，相信很少人會比較清楚地了解。Java 對象在 JVM 中的內(nèi)存布局，是我們了解并發(fā)編程同步機(jī)制的基礎(chǔ)。

在 HotSpot 虛擬機(jī)中，對象在內(nèi)存中存儲的布局可以分為 3 塊區(qū)域：對象頭（Header）、實例數(shù)據(jù)（Instance Data）和對齊填充（Padding）。

對象頭

HotSpot 虛擬機(jī)的對象頭包括兩部分信息，第一部分用于存儲自身運行時的數(shù)據(jù)，第二部分用于存儲類型指針。

自身運行時數(shù)據(jù)

對象頭第一部分用于存儲對象自身的運行時數(shù)據(jù)，如哈希碼（HashCode）、GC 分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖、偏向線程 ID、偏向時間戳等。這部分?jǐn)?shù)據(jù)的長度在 32 位和 64 位的虛擬機(jī)中分別為 32bit 和 64bit，官方稱它為「Mark Word」。

為了提高虛擬機(jī)的空間效率，Mark Word 被設(shè)計成非固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而可以在不同狀態(tài)時存儲不同的數(shù)據(jù)，從而達(dá)到節(jié)省數(shù)據(jù)空間的目的。Mark Word 在不同狀態(tài)下存儲的內(nèi)容如下表格所示。

Java 對象的內(nèi)存布局

如上表所示，在 32 位的 HotSpot 虛擬機(jī)中，如果對象處于未被鎖定（標(biāo)志位為 01）的狀態(tài)下，那么 Mark Word 存儲的就是「對象哈希碼、對象分代年齡」。32bit 空間中的 25bit 用于存儲對象哈希碼，4bit 用于存儲對象分代年齡，2bit 用于存儲鎖標(biāo)志位，1bit 固定為 0。

類型指針

對象頭第二部分是類型指針，即對象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例。 另外，如果對象是一個 Java 數(shù)組，那在對象頭中還必須有一塊用于記錄數(shù)組長度的數(shù)據(jù)，因為虛擬機(jī)可以通過普通 Java 對象的元數(shù)據(jù)信息確定 Java 對象的大小，但是從數(shù)組的元數(shù)據(jù)中卻無法確定數(shù)組的大小。

實例數(shù)據(jù)

實例數(shù)據(jù)部分是對象真正存儲的有效信息，包括了程序里各個類型的字段類型，無論是父類繼承下來的，還是子類中定義的。一般來說，父類定義的變量總會出現(xiàn)在子類之前。

對齊填充

對象填充部分并不是必然存在的，也沒有特別的含義，它僅僅起著占位符的作用。由于 HotSpot VM 的自動內(nèi)存管理系統(tǒng)要求對象起始地址必須是 8 字節(jié)的整數(shù)倍，換句話說，就是對象的大小必須是 8 字節(jié)的整數(shù)倍。而對象頭部分正好是 8 字節(jié)的倍數(shù)（1 倍或者 2 倍），因此，當(dāng)對象實例數(shù)據(jù)部分沒有對齊時，就需要通過對齊填充來補(bǔ)全。

總結(jié)

本篇文章我們介紹了 Java 對象在 JVM 中的內(nèi)存布局，整體可以分為：對象頭、實例數(shù)據(jù)、對齊填充三個部分。

第一部分的對象頭包括了對象運行時數(shù)據(jù)和類型指針。其中對象運行時數(shù)據(jù)包括：哈希碼、GC 分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志等，類型指針指向?qū)ο箢愋驮獢?shù)據(jù)，確定對象是哪個類的實例。

第二部分是實例數(shù)據(jù)，是真正存儲的有效信息，包括各個類型的字段。第三部分是對齊填充，因為 JVM 要求對象起始地址必須是 8 字節(jié)的整數(shù)倍，所以必須有對齊填充來占位。

深入理解 Java 對象的內(nèi)存布局