Java对象的内存布局以及访问方式

对象的内存布局

• 在HotSpot虚拟机中，对象的内存中的布局可以分为3块区域：对象头，实例数据和对齐填充。

对象头

Mark Word

• 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（未开启压缩指针）中分别为32bit和64bit，称为“Mark Word”。
• 对象需要存储的运行时数据有很多，其实已经超过了32bit、64bit的Bitmap能够记录的限度，但是对象头信息是与对象自身定义的数据无关的额外存储成本。考虑到虚拟机的空间效率，Mark Word被设计成一个非固定的数据结构以便在极小的空间中存储极可能多的数据。它会根据对象的状态复用自己的存储空间。
• 在32位的HotSpot虚拟机中，如果对象处于未被锁定的状态下，那么Mark Word的32bit空间分布如下：

存储内容	占用空间
对象哈希码	25bit
对象分代年龄	4bit
锁标志位	2bit
固定值0	1bit

• 其他状态下对象的存储内容见下表

存储内容	标志位	状态
对象哈希码、对象分代年龄	01	未锁定
指向锁记录的指针	00	轻量级锁定
指向重量级锁的指针	10	膨胀（重量级锁定）
空，不需要记录信息	11	GC标记
偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄	01	可偏向

类型指针

• 类型指针，即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。

数组的情况

• 如果一个对象是Java数组，那么对象头中还必须有一块用来记录数组长度的数据，因为虚拟机可以通过普通的Java对象的元数据来确定一个对象的大小，但是从数组的元数据中却无法确定数组的大小

实例数据

• 实例数据是真正的存储的有效数据，也就是程序中定义的各种类型的字段内容。

对齐填充

• 对齐填充其实并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。由于HotSpot的自动内存管理系统对象起始位置和结束位置必须是8字节的整数倍，也就是说对象的大小必须是8字节的整数倍。而对象头部分正好是8字节的整数倍，因此，当对象实例数据部分没有对齐的话，就需要对齐填充部分来补全。

对象的访问方式

• Java程序通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。reference数据到对象实例数据之间的访问方式，目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。

句柄池

通过句柄访问对象

• 如果使用句柄访问的话，那么Java堆中需要划分出一片内存作为句柄池，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的具体地址信息。

直接指针

通过直接指针访问对象

• 如果使用直接指针访问，那么reference中存储的就是对象地址。Java堆的布局中就必须考虑如何放置访问类型的相关数据

使用句柄 VS 直接指针

• 使用句柄的最大好处就是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改
• 使用直接指针的最大好处及时速度更快,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，因此这类开销越少越好。
• HotSpot中使用的直接指针的方式访问对象。