1. 对象内存布局
对象除了我们自定义的一些属性外,在HotSpot虚拟机中,对象在内存中还可以分为三个区域:对象头,实例数据,对齐填充,这三个区域组成起来才是一个完整的对象!
- 对象头: 看文章下方解释
- 实例数据: 存放类的属性数据信息，包括父类的属性信息
- 由于虚拟机要求 对象起始地址必须是8字节的整数倍。填充数据不是必须存在的，仅仅是为了字节对齐
2.对象头
对象头中存储了对象是很多java内部的信息,如hash码,对象所属的年代，对象锁，锁状态标志，偏向锁（线程）ID，偏向时间等,Java对象头一般占有2个机器码
PS:在32位虚拟机中，1个机器码等于4字节，也就是32bit，在64位虚拟机中，1个机器码是8个字节，也就是64bit!
如果对象是数组类型,则需要3个机器码，因为JVM虚拟机可以通过Java对象的元数据信息确定Java对象的大小,但是无法从数组的元数据来确认数组的大小，所以用一块区域用来记录数组长度。 HotSpot虚拟机的对象头包括两部分信息,第一部分为Mark Word,第二部分为class pointer,如果是数组对象,那么还有数组长度!
3.对象头形式
JVM中对象头的方式有以下两种（以32位JVM为例）：
普通对象
数组对象
4 对象头的组成
4.1Mark Word
这部分主要用来存储对象自身的运行时数据，如hashcode、gc分代年龄等。mark word 的位长度为JVM的一个Word大小，也就是说32位JVM的Mark word为32位，64位JVM为64位。
为了让一个字大小存储更多的信息，JVM将字的最低两个位设置为标记位，不同标记位下的Mark Word示意如下：
其中各部分的含义如下：
lock: 2位的锁状态标记位，由于希望用尽可能少的二进制位表示尽可能多的信息，所以设置了lock标记。该标记的值不同，整个mark word表示的含义不同。
biased_lock : lock 状态
0 01 无锁
1 01 偏向锁
0 00 轻量级锁
0 10 重量级锁
0 11 GC标记
biased_lock：对象是否启用偏向锁标记，只占1个二进制位。为1时表示对象启用偏向锁，为0时表示对象没有偏向锁。
age：4位的Java对象年龄。在GC中，如果对象在Survivor区复制一次，年龄增加1。当对象达到设定的阈值时，将会晋升到老年代。默认情况下，并行GC的年龄阈值为15，并发GC的年龄阈值为6。由于age只有4位，所以最大值为15，这就是-
XX:MaxTenuringThreshold选项最大值为15的原因。
identity_hashcode：25位的对象标识Hash码，采用延迟加载技术。调用方法System.identityHashCode()计算，并会将结果写到该对象头中。当对象被锁定时，该值会移动到管程Monitor中。
thread：持有偏向锁的线程ID。
epoch：偏向时间戳。
ptr_to_lock_record：指向栈中锁记录的指针。
ptr_to_heavyweight_monitor：指向管程Monitor的指针。
64位下的标记字与32位的相似，不再赘述：
4.2 class pointer
这一部分用于存储对象的类型指针，该指针指向它的类元数据，JVM通过这个指针确定对象是哪个类的实例。该指针的位长度为JVM的一个字大小，即32位的JVM为32位，64位的JVM为64位。
如果应用的对象过多，使用64位的指针将浪费大量内存，统计而言，64位的JVM将会比32位的JVM多耗费50%的内存。为了节约内存可以使用选项+UseCompressedOops开启指针压缩，其中，oop即ordinary object pointer普通对象指针。开启该选项后，下列指针将压缩至32位：
每个Class的属性指针（即静态变量）
每个对象的属性指针（即对象变量）
普通对象数组的每个元素指针
当然，也不是所有的指针都会压缩，一些特殊类型的指针JVM不会优化，比如指向PermGen的Class对象指针(JDK8中指向元空间的Class对象指针)、本地变量、堆栈元素、入参、返回值和NULL指针等。
4.3.array length
如果对象是一个数组，那么对象头还需要有额外的空间用于存储数组的长度，这部分数据的长度也随着JVM架构的不同而不同：32位的JVM上，长度为32位；64位JVM则为64位。64位JVM如果开启+UseCompressedOops选项，该区域长度也将由64位压缩至32位。
5.使用JOL来分析java的对象布局
5.1 JOL 简介
JOL的全称是Java Object Layout。是一个用来分析JVM中Object布局的小工具。包括Object在内存中的占用情况，实例对象的引用情况等等。
JOL可以在代码中使用，也可以独立的以命令行中运行。命令行的我这里就不具体介绍了，今天主要讲解怎么在代码中使用JOL。
使用JOL需要添加maven依赖：
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
<artifactId>jol-core</artifactId>
<version>0.14</version>
</dependency>
查看分析vm信息
public class ObjectHeadTest {
public static void main(String[] args) {
//查看字节序
System.out.println(ByteOrder.nativeOrder());
//打印当前jvm信息
System.out.println("======================================");
System.out.println(VM.current().details());
}
}
输出：
LITTLE_ENDIAN
======================================
# Running 64-bit HotSpot VM.
# Using compressed oop with 3-bit shift.
# Using compressed klass with 3-bit shift.
# Objects are 8 bytes aligned.
# Field sizes by type: 4, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]
# Array element sizes: 4, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]
上面的输出中，我们可以看到：Objects are 8 bytes aligned，这意味着所有的对象分配的字节都是8的整数倍。
可以从上面的LITTLE_ENDIAN发现，内存中字节序使用的是小端模式。
- 大端字节序：高位字节在前，低位字节在后，这是人类读写数值的方法。
-
小端字节序：低位字节在前，高位字节在后，即以
0x1122形式储存。
计算机电路先处理低位字节，效率比较高，因为计算都是从低位开始的。所以，计算机的内部处理都是小端字节序。
人类还是习惯读写大端字节序。所以，除了计算机的内部处理，其他的场合几乎都是大端字节序，比如网络传输和文件储存。
查看分析基本类型对象布局
分析String类型(分析string类型)
System.out.println(ClassLayout.parseClass(String.class).toPrintable());
输出：
java.lang.String object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE
0 12 (object header) N/A
12 4 char[] String.value N/A
16 4 int String.hash N/A
20 4 (loss due to the next object alignment)
Instance size: 24 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total
先解释下各个字段的含义
-
OFFSET是偏移量，也就是到这个字段位置所占用的byte数， -
SIZE是后面类型的大小， -
TYPE是Class中定义的类型， -
DESCRIPTION是类型的描述， -
VALUE是TYPE在内存中的值。
分析上面的输出，我们可以得出，String类中占用空间的有5部分，第一部分是对象头，占12个字节，第二部分是char数组，占用4个字节，第三部分是int表示的hash值，占4个字节 ,总共20个字节。但是JVM中对象内存的分配必须是8字节的整数倍，所以要补全4字节，最后String类的总大小是24字节。
分析Long类型
System.out.println(ClassLayout.parseClass(Long.class).toPrintable());
输出：
java.lang.Long object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE
0 12 (object header) N/A
12 4 (alignment/padding gap)
16 8 long Long.value N/A
Instance size: 24 bytes
Space losses: 4 bytes internal + 0 bytes external = 4 bytes total
可以看到1个Long对象是占24个字节的，但是其中真正存储long的value只占8个字节。
分析Long实例对象
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(Long.MAX_VALUE).toPrintable());
输出：
java.lang.Long 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) 05 23 00 f8 (00000101 00100011 00000000 11111000) (-134208763)
12 4 (alignment/padding gap)
16 8 long Long.value 9223372036854775807
Instance size: 24 bytes
Space losses: 4 bytes internal + 0 bytes external = 4 bytes total
可以看出，对象实例的布局跟类型差不多
参考链接
https://juejin.cn/post/6994703298909437983
https://www.jianshu.com/p/3d38cba67f8b
