深入理解 Java 对象的内存布局

对于 Java 虚拟机，都知道其内存区域划分成：堆、方法区、虚拟机栈等区域。但一个对象在 Java 虚拟机中是怎样存储的，相信很少人会比较清楚地了解。Java 对象在 JVM 中的内存布局，是了解并发编程同步机制的基础。

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）。

对象头

HotSpot 虚拟机的对象头包括两部分信息，第一部分用于存储自身运行时的数据，第二部分用于存储类型指针。

自身运行时数据

对象头第一部分用于存储对象自身的运行时数据，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。这部分数据的长度在 32 位和 64 位的虚拟机中分别为 32bit 和 64bit，官方称它为「Mark Word」。

为了提高虚拟机的空间效率，Mark Word 被设计成非固定的数据结构，从而可以在不同状态时存储不同的数据，从而达到节省数据空间的目的。Mark Word 在不同状态下存储的内容如下表格所示。

状态	标识位	存储内容
未锁定	01	对象哈希码，对象分代年龄
轻量级锁	00	指向锁记录的指针
膨胀（重量级锁）	10	指向重量级锁的指针
GC标记	11	空，不需要记录信息
可偏向	01	偏性线程ID，偏向时间戳，对象分代年龄

Java 对象的内存布局

如上表所示，在 32 位的 HotSpot 虚拟机中，如果对象处于未被锁定（标志位为 01）的状态下，那么 Mark Word 存储的就是「对象哈希码、对象分代年龄」。32bit 空间中的 25bit 用于存储对象哈希码，4bit 用于存储对象分代年龄，2bit 用于存储锁标志位，1bit 固定为 0。

类型指针

对象头第二部分是类型指针，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。 另外，如果对象是一个 Java 数组，那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据，因为虚拟机可以通过普通 Java 对象的元数据信息确定 Java 对象的大小，但是从数组的元数据中却无法确定数组的大小。

实例数据

实例数据部分是对象真正存储的有效信息，包括了程序里各个类型的字段类型，无论是父类继承下来的，还是子类中定义的。一般来说，父类定义的变量总会出现在子类之前。

对齐填充

对象填充部分并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。由于 HotSpot VM 的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是 8 字节的整数倍，换句话说，就是对象的大小必须是 8 字节的整数倍。而对象头部分正好是 8 字节的倍数（1 倍或者 2 倍），因此，当对象实例数据部分没有对齐时，就需要通过对齐填充来补全。