由于Java面向对象的思想,在JVM中需要大量存储对象,存储时为了实现一些额外的功能,需要在对象中添加一些标记字段用于增强对象功能,这些标记字段组成了对象头。
1.对象头形式
JVM中对象头的方式有以下两种(以32位JVM为例):
1.1.普通对象
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| Object Header (64 bits) |
|------------------------------------|-------------------------|
| Mark Word (32 bits) | Klass Word (32 bits) |
|------------------------------------|-------------------------|
1.2.数组对象
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| Object Header (96 bits) |
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| Mark Word(32bits) | Klass Word(32bits) | array length(32bits) |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|
2.对象头的组成
2.1.Mark 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:
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| Mark Word (32 bits) | State |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| identity_hashcode:25 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | Normal |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| thread:23 | epoch:2 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | Biased |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| ptr_to_lock_record:30 | lock:2 | Lightweight Locked |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| ptr_to_heavyweight_monitor:30 | lock:2 | Heavyweight Locked |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| | lock:2 | Marked for GC |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
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:
|------------------------------------------------------------------------------|--------------------|
| Mark Word (64 bits) | State |
|------------------------------------------------------------------------------|--------------------|
| unused:25 | identity_hashcode:31 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | Normal |
|------------------------------------------------------------------------------|--------------------|
| thread:54 | epoch:2 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | Biased |
|------------------------------------------------------------------------------|--------------------|
| ptr_to_lock_record:62 | lock:2 | Lightweight Locked |
|------------------------------------------------------------------------------|--------------------|
| ptr_to_heavyweight_monitor:62 | lock:2 | Heavyweight Locked |
|------------------------------------------------------------------------------|--------------------|
| | lock:2 | Marked for GC |
|------------------------------------------------------------------------------|--------------------|
2.2.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。
2.3.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。
附:对象头相关的资料
markOop.hpp
CompressedOops
JVM优化之压缩普通对象指针
What is in java object header