Java的对象模型

紧接着上一篇Java内存结构/Java内存模型,下面介绍Java的对象模型!

科普:
主流有三种JVM:1.SUN公司最早改良的HotSpot; 2.BEA公司的:JRockit; 3.IBM JVM’s;
Oracle收购了SUN和BEA之后,听说要把HotSpot和JRockit整合。。。。
我们现在主流使用的都是HotSpot

以Hotspot虚拟机为例,对象在堆内存的布局分为三个区域,
分别是对象头(Header)实例数据(Instance Data)对齐填充(Padding)

1.对象头:对象头包括两部分信息分别是Mark World(_mark)和元数据(_metadata),Mark World用于存储对象运行时的数据,比如HashCode、锁状态标志、GC分代年龄等。而元数据指针用于指向方法区的中目标类的类型信息,通过元数据指针可以确定对象的具体类型。
2.实例数据:用于存储对象中的各种类型的字段信息(包括从父类继承来的)。
3.对齐填充:对齐填充不一定存在,起到了占位符的作用,没有特别的含义。

我知道你们喜欢图!


image.png

我们这里都是依HotSpot虚拟机为例!

Hotspot jvm中的对象模型

Java虚拟机的底层是使用c++实现,而jvm并没有根据一个Java的实例对象去创建对应的c++对象,而是设计了一个OOP-Klass Model (关于OOP-Klass Model内容比较深,自己也看了,是理解了,但是没有在该篇博客中详细介绍,请大家自行了解)

1.OOP(Ordinary Object Pointer):普通对象指针, 表示一个实例信息
2.Klass:描述对象实例的具体类型, 含了元数据和方法信息

这里有两个类,oopDesc和Klass
看下两个类的体系结构,具体代码就不贴出来了,可以看下Hotspot的开源代码
参考hotspot的gitHub源码

image.png

new一个对象:

1.当我们在java代码中new一个对象的时候,jvm都会创建一个instanceOopDesc对象,如果是数组则是arrayOopDesc。记住每new一个对象就有一个instanceOopDesc
2.每一个java类在被jvm加载的时候,jvm都会给这个类创建一个instanceKlass,保存在方法区,用来在jvm层表示该java类。记住一个java类只有一个instanceKlass对象

oop-klass模型.png

image.png

所以关于一个Java对象,他的存储应该这样描述: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

这里继续基于上篇中说到的

synchronized关键字原理!

这里把图再贴一下


image.png

在dos命令行使用javap -v 类名.class查看如下,结果如下


synchronized用在方法上和方法中.png
1.synchronized用在方法中

通过上面的解释我们已经知道,一个java对象在oop-Klass模型中,在堆中是一个instanceOopDesc,在方法区是一个instanceKlass!
堆中的instnceOopDesc对象,有两个重要数据_mark和_metadata!

根据上图oop-klass模型.png模型我们知道:
栈中对象引用访问堆instanceOopDesc ---> 堆访问方法区的instnceKlass,
而堆中的_metadata数据接口就是访问instanceKlass数据的入口,即_klass指向了方法区的instnceKlass

而_mark数据则是分析synchronized原理的关键,下面详细看下markOop类信息(markOop.hpp
部分代码:

class BasicLock;
class ObjectMonitor;
class JavaThread;

class markOopDesc: public oopDesc {
 private:
  // Conversion
  uintptr_t value() const { return (uintptr_t) this; }

 public:
  // Constants
  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
  };
....
  enum { locked_value             = 0,
         unlocked_value           = 1,
         monitor_value            = 2,
         marked_value             = 3,
         biased_lock_pattern      = 5
  };
....
 ObjectMonitor* monitor() const {
    assert(has_monitor(), "check");
    // Use xor instead of &~ to provide one extra tag-bit check.
    return (ObjectMonitor*) (value() ^ monitor_value);
  }
static markOop encode(ObjectMonitor* monitor) {
    intptr_t tmp = (intptr_t) monitor;
    return (markOop) (tmp | monitor_value);
  }

每个对象都存在着一个 monitor 与之关联
但当一个 monitor 被某个线程持有后,它便处于锁定状态。在Java虚拟机(HotSpot)中,monitor是由ObjectMonitor实现的

ObjectMonitor() {
    _header       = NULL;
    _count        = 0;//记录个数
    _waiters      = 0,
    _recursions   = 0;
    _object       = NULL;
    _owner        = NULL;//当前属于哪个线程持有
    _WaitSet      = NULL;//处于等待的线程,会被加入到_WaitSet中
    _WaitSetLock  = 0 ;
    _Responsible  = NULL ;
    _succ         = NULL ;
    _cxq          = NULL ;
    FreeNext      = NULL ;
    _EntryList    = NULL ;//处于等待持有锁的线程,会被加入到该列表中
    _SpinFreq     = 0 ;
    _SpinClock    = 0 ;
    OwnerIsThread = 0 ;
  }

来上个图


image.png
2.synchronized用在方法上

synchronized用在方法上,这个是就要说到类的结构了,这里不做详细介绍类的结构,有兴趣的可以看看这篇文章类的结构
这里只是说个大概,对synchronized用在方法上有助于理解即可!
先看一个类

image.png

用16进制文件打开
image.png

引用类的结构博客中的图,直观感受下
image.png

说了这么多,就是想说,每个方法method_info里面有个access_flags,里面是各种标记位,有个
ACC_SYNTHETIC标记,如果synchronized关键字用在了方法上,该标记会置为1,用
javap -v 类名.class查看就是上图synchronized用在方法上和方法中.png

image.png

所以多线程调用该方法时,发现该方法的access_flags中的标记ACC_SYNTHETIC为1就会上锁

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