对象的内部结构、内存布局和访问定位

对象的内部结构、内存布局和访问定位

学习宋红康老师的JVM课程已经有一段时间了，学习过程中发现，有些内容遗忘得很快，虽然自己也用印象笔记记录了，但是如果没有输出，知识仍然不能完全地消化。因此，决定在JVM专栏中记录和总结学过的内容，欢迎大家在评论区交流。

文章目录

• 前言
• 1. 对象的内存布局
• • 1.1 对象头
  • 1.2. 示例数据
  • 1.3. 对齐填充padding
• 2、对象的访问定位
• 总结

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前言

“对象在内存中是怎么布局的？”
“对象头具体包括什么？”
“锁在对象的哪里？”
“对象怎么定位？”
面试过程中，你是否被问到过这些问题，如果不能完全回答出来，那么这篇文章一定要看下去。

1. 对象的内存布局

对象实例中主要包含三部分的内容，分别为对象头、示例数据和对齐填充padding。下面分别进行介绍。

1.1 对象头

对象头中的内容主要是运行时元数据和类型指针。
其中运行时元数据主要存储的是以下六个内容：

• 哈希值
• 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

所以我们知道，锁是在对象头中的。
那么类型指针又是什么呢？实际上，类型指针是指向元数据类型的InstanceKlass，用来确定该对象所属的类型。比如通过getInstance()得到对象实例时就需要用到该指针。这里需要注意的是，不是所有对象都会保留该指针的。
以上我们说的对象指的是自定义对象，如果是数组对象，那么还需要记录数据的长度。

1.2. 示例数据

示例数据中是对象真正存储的有效信息，包括程序中定义的各种字段，这里的字段也包括从父类、Object类中定义的各种字段。
那么这么多字段，是怎么放在一起的呢？所以就不得不提存放规则了。示例数据的存放规则遵循以下三个原则：

• 父类中定义的变量在子类之前。
• 同一个类中，相同宽度的字段被分配在一起。如四个字节的数据一起。
• 若CompareFileds参数为true（默认为true）,子类的窄变量可能插入到父类变量的空隙。

1.3. 对齐填充padding

• 由于HotSpot虚拟机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，换句话说就是任何对象的大小都必须是8字节的整数倍。对象头部分已经被精心设计成正好是8字节的倍数（1倍或者2倍），因此，如果对象实例数据部分没有对齐的话，就需要通过对齐填充来补全。
• 总的一句话来说，“数据项仅仅能存储在地址是数据项大小的整数倍的内存位置上（分别为偶地址、被4整除的地址、被8整除的地址）”比如int类型占用4个字节，地址仅仅能在0，4，8等位置上。
• 想讲好对齐填充，其实还是得去了解c++实现，这里不过多介绍。

2、对象的访问定位

堆中的对象是通过元数据指针找到方法区中的元数据信息的，那么栈帧中的对象引用又是如何访问找到对应的对象呢？

对象的访问定位方式主要有两种：

• 句柄访问
• 直接访问

句柄访问方式：
堆区中开辟了一块空间用于存储句柄，该空间称为句柄池。句柄池分别存储着两个句柄，分别是到对象实例数据的指针和到对象类型数据的指针。前者指向对象实例数据，后者指向对象类型数据。栈帧的局部变量表中存储着到对象实例数据指针的位置，即指向句柄池中的第一个句柄。

直接访问方式：
直接访问方式相比句柄访问就简单多了，局部变量表中直接存储着对象实例数据的地址，而对象实例数据存储着方法区中对象类型数据的地址。这也是Hotspot虚拟机中的访问方式。

总结

关于对象的内部结构、内存布局和访问定位，值得深入的点还有很多，这里只是做一个初步的介绍，待深入学习后，会及时更新相应的内容。

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参考资料：

https://juejin.cn/post/6935627192218943501
尚硅谷宋红康JVM全套教程