Java对象内存结构详解

Java对象内存结构详解

Java对象在JVM内存中的存储结构可以分为三个部分：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。以下是64位JVM（开启压缩指针）下的典型布局：

1. 对象头（Header）

对象头包含运行时元数据和控制信息，占12字节（压缩指针）或16字节（未压缩）

(1) Mark Word（8字节）

存储对象自身的运行时数据，内容会随锁状态变化：

锁状态	存储内容
无锁	哈希码(31bit) + 分代年龄(4bit) + 偏向模式(1bit) + 锁标志(2bit)
偏向锁	线程ID(54bit) + Epoch(2bit) + 分代年龄(4bit) + 偏向模式(1bit) + 锁标志(2bit)
轻量级锁	指向栈中锁记录的指针(62bit) + 锁标志(2bit)
重量级锁	指向监视器（Monitor）的指针(62bit) + 锁标志(2bit)
GC标记	空（用于垃圾回收标记）

(2) Klass Pointer（4字节）

指向方法区中的类元数据的指针（开启压缩指针时为4字节，否则8字节）

(3) 数组长度（可选，4字节）

如果是数组对象，额外存储数组长度

2. 实例数据（Instance Data）

存储对象真正的有效信息，即各个字段的内容，排列顺序受以下规则影响：

1. 基本类型优先（long/double → int/float → short/char → byte/boolean）
2. 相同宽度字段放在一起
3. 父类字段在子类之前

字段内存占用：

类型	大小
boolean	1字节
byte	1字节
short	2字节
char	2字节
int	4字节
float	4字节
long	8字节
double	8字节
引用类型	4字节（压缩指针）或8字节

示例：

class MyObject {
    byte b;      // 1字节
    int i;       // 4字节
    long l;      // 8字节
    Object ref;  // 4字节（压缩指针）
}
// 实例数据总大小 = 1 + 4 + 8 + 4 = 17字节

3. 对齐填充（Padding）

JVM要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，因此可能需要填充字节（0-7字节）

示例计算：

对象头：12字节 (MarkWord 8 + KlassPointer 4)
实例数据：17字节
总计：12 + 17 = 29字节
需要填充到32字节（8的倍数）
最终对象大小：32字节

4. 完整对象内存布局示例

[对象头]
  [Mark Word(8字节)] 0x00000001d83eb950
  [Klass Pointer(4字节)] 0x0000000100000000
  [数组长度(4字节)] 0x00000005 (仅数组对象有)
[实例数据]
  [int id(4字节)] 0x00000001
  [String name(4字节)] 0x000000076bdc8c18
  [double price(8字节)] 0x4024000000000000
[对齐填充(4字节)] 0x00000000

5. 查看对象内存布局的方法

(1) 使用JOL工具

// 添加依赖
<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.16</version>
</dependency>

// 打印对象布局
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());

(2) 示例输出

class com.example.MyObject object internals:
OFF  SZ               TYPE DESCRIPTION               VALUE
  0   8                    (object header: mark)     0x00000001d83eb950
  8   4                    (object header: class)    0x0000000100000000
 12   4                int MyObject.id               1
 16   8             double MyObject.price            10.0
 24   4   java.lang.String MyObject.name             "test"
 28   4                    (object alignment gap)    
Instance size: 32 bytes

6. 对象结构优化技巧

1. 字段重排序：手动排列字段可减少填充

   // 优化前：需要4字节填充
   class Bad {
       byte b;
       long l;
       int i;
   }
   // 优化后：无填充
   class Good {
       long l;
       int i;
       byte b;
   }
   

2. 使用基本类型：避免包装类（Integer等）的内存开销

3. 对象共享：对于不变对象可复用（如String池）

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