JVM-Java对象模型-学习笔记
在内存中，一个Java对象包含三部分：对象头、实例数据和对齐填充。
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oop-klass model
- oop体系
- klass体系
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oop体系（存储实例数据）
//定义了oops共同基类 typedef class oopDesc* oop; //表示一个Java类型实例 typedef class instanceOopDesc* instanceOop; //表示一个Java方法 typedef class methodOopDesc* methodOop; //表示一个Java方法中的不变信息 typedef class constMethodOopDesc* constMethodOop; //记录性能信息的数据结构 typedef class methodDataOopDesc* methodDataOop; //定义了数组OOPS的抽象基类 typedef class arrayOopDesc* arrayOop; //表示持有一个OOPS数组 typedef class objArrayOopDesc* objArrayOop; //表示容纳基本类型的数组 typedef class typeArrayOopDesc* typeArrayOop; //表示在Class文件中描述的常量池 typedef class constantPoolOopDesc* constantPoolOop; //常量池告诉缓存 typedef class constantPoolCacheOopDesc* constantPoolCacheOop; //描述一个与Java类对等的C++类 typedef class klassOopDesc* klassOop; //表示对象头 typedef class markOopDesc* markOop; - 上图中每一个子模块对应一个类型，每一个类型的OOP都代表一个在JVM内部使用的特定对象的类型，变量opp的类型是oppDesc，它是OOPS类的共同基类型。
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在Java程序运行过程中，每创建一个新的对象，在JVM内部就会相应地创建一个对应类型的OOP对象。在HotSpot中，根据JVM内部使用的对象业务类型，具有多种oopDesc的子类。如下图，图中instanceOopDesc表示类实例，arrayOopDesc表示数组。
OOP结构.png
- HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头、实例数据和对齐填充。在虚拟机内部，一个Java对象对应一个instanceOopDesc的对象。其中对象头包含了两部分内容：_mark和_metadata，而实例数据则保存在oopDesc中定义的各种field中。
- 在HotSpot的源码中我们可以找到关于对象头对象的定义,主要包含了GC分代年龄、锁状态标记、哈希码、epoch等信息。
enum { age_bits = 4,
lock_bits = 2,
biased_lock_bits = 1,
max_hash_bits = BitsPerWord - age_bits - lock_bits - biased_lock_bits,
hash_bits = max_hash_bits > 31 ? 31 : max_hash_bits,
cms_bits = LP64_ONLY(1) NOT_LP64(0),
epoch_bits = 2
};
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_mark(mark word)
- 锁标记、GC分代等信息
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下图描述了在32位虚拟机上，在对象不同状态时 mark word各个比特位区间的含义。
ObjectHead-1024x329.png
- 有关于对象状态的定义：
enum { locked_value = 0, unlocked_value = 1, monitor_value = 2, marked_value = 3, biased_lock_pattern = 5 }; - 对象状态的定义中包含与锁标记位的关系
locked_value(00) = 0
unlocked_value(01) = 1
monitor_value(10) = 2
marked_value(11) = 3
biased_lock_pattern(101) = 5
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_metadata
- 指向的是对象所属的类的instanceKlass
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klass体系（实现虚函数多态）
//klassOop的一部分，用来描述语言层的类型 class Klass; //在虚拟机层面描述一个Java类 class instanceKlass; //专有instantKlass，表示java.lang.Class的Klass class instanceMirrorKlass; //专有instantKlass，表示java.lang.ref.Reference的子类的Klass class instanceRefKlass; //表示methodOop的Klass class methodKlass; //表示constMethodOop的Klass class constMethodKlass; //表示methodDataOop的Klass class methodDataKlass; //最为klass链的端点，klassKlass的Klass就是它自身 class klassKlass; //表示instanceKlass的Klass class instanceKlassKlass; //表示arrayKlass的Klass class arrayKlassKlass; //表示objArrayKlass的Klass class objArrayKlassKlass; //表示typeArrayKlass的Klass class typeArrayKlassKlass; //表示array类型的抽象基类 class arrayKlass; //表示objArrayOop的Klass class objArrayKlass; //表示typeArrayOop的Klass class typeArrayKlass; //表示constantPoolOop的Klass class constantPoolKlass; //表示constantPoolCacheOop的Klass class constantPoolCacheKlass; -
和oopDesc是其他oop类型的父类一样，Klass类是其他klass类型的父类。
klass.png
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Klass向JVM提供两个功能：
- 实现语言层面的Java类
- 实现Java对象的分发功能
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instanceKlass
JVM在运行时，需要一种用来标识Java内部类型的机制。HotSpot为每一个已加载的Java类创建一个instanceKlass对象，用来在JVM层表示Java类。
- instanceKlass的内部结构：
//类拥有的方法列表 objArrayOop _methods; //描述方法顺序 typeArrayOop _method_ordering; //实现的接口 objArrayOop _local_interfaces; //继承的接口 objArrayOop _transitive_interfaces; //域 typeArrayOop _fields; //常量 constantPoolOop _constants; //类加载器 oop _class_loader; //protected域 oop _protection_domain; .... -
在JVM中，对象在内存中的基本存在形式就是oop。对象所属的类，在JVM中也是一种对象，因此它们实际上也会被组织成一种oop，即klassOop。同样的，对于klassOop，也有对应的一个klass来描述，它就是klassKlass，也是klass的一个子类。klassKlass作为oop的klass链的端点。关于对象和数组的klass链大致如下图：
400_ac3_932.png
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在这种设计下，JVM对内存的分配和回收，都可以采用统一的方式来管理。oop-klass-klassKlass关系如图：
2579123-5b117a7c06e83d84.png
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内存存储
对象的实例（instantOopDesc)保存在堆上，对象的元数据（instantKlass）保存在方法区，对象的引用保存在栈上。
- 示例代码
class Model { public static int a = 1; public int b; public Model(int b) { this.b = b; } } public static void main(String[] args) { int c = 10; Model modelA = new Model(2); Model modelB = new Model(3); }-
对应的存储结构
20170615230126453.jpeg
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总结
Java类在被JVM加载的时候，JVM会给类创建一个instanceKlass，保存在方法区，用来在JVM层表示该Java类。使用new创建一个对象的时候，JVM会创建一个instanceOopDesc对象，这个对象中包含了两部分信息，对象头以及实例数据。对象头中有一些运行时数据，其中就包括和多线程相关的锁的信息。对象头中的_metadata中的_klass是普通指针，_compressed_klass是压缩类指针，它们同时指向的是对象所属的类的instanceKlass。
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参考资料
