2 Java对象内存模型
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（Header）、 实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。
在 JVM 中，Java对象保存在堆中时，由以下三部分组成：
- 对象头（object header）：包括了关于堆对象的布局、类型、GC状态、同步状态和标识哈希码的基本信息。Java对象和vm内部对象都有一个共同的对象头格式。
- 实例数据（Instance Data）：主要是存放类的数据信息，父类的信息，对象字段属性信息。
- 对齐填充（Padding）：为了字节对齐，填充的数据，不是必须的。凑齐8字节的倍数。
2.1 对象头
对象头包括两部分信息，第一部分用于存储对象自身的运行时数据（MarkWord）， 如哈希码（HashCode）、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。对象头的另外一部分是类型指针（Klass Pointer），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。
// oopDesc hotspot对象头
volatile markOop _mark;
union _metadata {
wideKlassOop _klass;
narrowOop _compressed_klass;
} _metadata;
Mark Word在32位JVM中的长度是32bit，在64位JVM中长度是64bit。
markword组成内容基本一致。
- 锁标志位（lock）：区分锁状态，11时表示对象待GC回收状态, 只有最后2位锁标识(11)有效。
- biased_lock：是否偏向锁，由于无锁和偏向锁的锁标识都是 01，没办法区分，这里引入一位的偏向锁标识位。
- 分代年龄（age）：表示对象被GC的次数，当该次数到达阈值的时候，对象就会转移到老年代。
- 对象的hashcode（hash）：运行期间调用System.identityHashCode()来计算，延迟计算，并把结果赋值到这里。当对象加锁后，计算的结果31位不够表示，在偏向锁，轻量锁，重量锁，hashcode会被转移到Monitor中。
- 偏向锁的线程ID（JavaThread）：偏向模式的时候，当某个线程持有对象的时候，对象这里就会被置为该线程的ID。 在后面的操作中，就无需再进行尝试获取锁的动作。
- epoch：偏向锁在CAS锁操作过程中，偏向性标识，表示对象更偏向哪个锁。
- ptr_to_lock_record：轻量级锁状态下，指向栈中锁记录的指针。当锁获取是无竞争的时，JVM使用原子操作而不是OS互斥。这种技术称为轻量级锁定。在轻量级锁定的情况下，JVM通过CAS操作在对象的markword中设置指向锁记录的指针。
- ptr_to_heavyweight_monitor：重量级锁状态下，指向对象监视器Monitor的指针。如果两个不同的线程同时在同一个对象上竞争，则必须将轻量级锁定升级到Monitor以管理等待的线程。在重量级锁定的情况下，JVM在对象的ptr_to_heavyweight_monitor设置指向Monitor的指针。
2.2 对象信息
使用openjdk的jol工具打印对象信息。引入依赖
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
<artifactId>jol-core</artifactId>
<version>0.8</version>
</dependency>
1 无属性对象
// 打印无属性对象
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new Object()).toPrintable());
// 对象信息
java.lang.Object object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE
0 4 (object header) 01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
4 4 (object header) 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
8 4 (object header) e5 01 00 f8 (11100101 00000001 00000000 11111000) (-134217243)
12 4 (loss due to the next object alignment)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total
对象信息分析
- OFFSET：偏移地址，单位字节；
- SIZE：占用的内存大小，单位为字节；
- TYPE DESCRIPTION：类型描述，其中object header为对象头；
- VALUE：对应内存中当前存储的值，二进制32位；
对于普通无属性对象，一共占用16字节，其中对象头markword占用8个字节，类型指针占用4个字节，剩余4个字节用于对齐填充，没有实例数据。
JDK8版本默认开启指针压缩（-XX:+UseCompressedOops），如果关闭指针压缩，类型指针占用8个字节，不再需要对齐填充。
2 数组对象
// 打印数组
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new int[]{}).toPrintable());
// 对象信息
[I object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE
0 4 (object header) 01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
4 4 (object header) 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
8 4 (object header) 6d 01 00 f8 (01101101 00000001 00000000 11111000) (-134217363)
12 4 (object header) // 数组长度 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
16 0 int [I.<elements> N/A
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total
对于数组对象，类型指针后有4个字节记录数组长度。因为虚拟机可以通过普通Java对象的元数据信息确定Java对象大小，如果数组长度不确定，则无法推断出数组对象大小。
3 有属性对象
// 打印有属性对象
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new User()).toPrintable());
class User {
int id; // 4B
String name; // 4B 未经类型压缩为8B
byte b; // 1B
Object o; // 4B 未经类型压缩为8B
}
// 对象信息
com.lzp.java.jvm.memory.User object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE
// 对象头 12字节
0 4 (object header) 01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
4 4 (object header) 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
8 4 (object header) 65 cc 00 f8 (01100101 11001100 00000000 11111000) (-134165403)
// 实例数据
12 4 int User.id 0
16 1 byte User.b 0
17 3 (alignment/padding gap) // 对齐
20 4 java.lang.String User.name null
24 4 java.lang.Object User.o null
// 对齐填充
28 4 (loss due to the next object alignment)
Instance size: 32 bytes
Space losses: 3 bytes internal + 4 bytes external = 7 bytes total
通过这一节的分析，我们可以比较轻松地估计出一个对象的大小，即对象头+实例数据+对象填充，得到一个8字节倍数的值。
2.3 其他
1 JVM每次GC，对象分代年龄加1，当年龄增加到15时晋升到老年代。为什么是15？
在Mark Word中可以发现标记对象分代年龄的分配的空间是4bit，而4bit能表示的最大数就是2^4-1 = 15。
2 为什么要进行指针压缩？
通过指针压缩，类型指针、对象引用等由8字节转为4个字节。降低对象占用的内存大小，顺便减轻GC压力；当指针移动时，减少带宽损耗。