Java对象存储内存布局详解

Java对象存储内存布局详解

Java 是一门面向对象的编程语言，因此在 Java 程序中创建对象是很常见的。在 Java 虚拟机（JVM）中，对象在内存中是如何存储和布局的呢？接下来我们将详细介绍 Java 对象存储内存布局的实现。

Java对象存储

Java 对象有两种主要的存储区域：堆和栈。

1. 堆：是 Java 程序中最常见的内存区域，用来存储所有的对象和数组。所有的线程共享 Java 堆。

2. 栈：是线程私有的内存区域。它用来存储线程运行时的栈帧。每个栈帧（Stack Frame）存储一个方法（Method）的局部变量表、操作数栈和帧数据（Frame Data）。

Java对象内存布局

Java 对象在内存中的布局由三部分组成：对象头（Header）、实例数据（Instance data）和对齐填充（Padding）。

对象头（Header）

对象头是对象在内存中的开头部分，包含两个部分的数据：标记字（Mark Word）和类型指针（Klass Pointer）。

1. 标记字（Mark Word）：包含了对象的哈希码、锁状态、分代年龄等信息。大多数的 JVM 实现使用32位的标记字，但在一些具有大内存支持的 JVM 中，可以使用64位标记字。

2. 类型指针（Klass Pointer）：用于指向对象所属的类，也称为 Class Metadata Address。

实例数据（Instance data）

实例数据是指对象实际存储的数据部分，即程序员自定义的成员变量和方法。

对齐填充（Padding）

对齐填充（Padding）是指填充字节，用于占用一定的内存，以对齐下一个对象。Java 要求对象在内存中的起始地址必须是8的倍数，因此为了达到这个要求，JVM需要额外的填充一些字节。

示例说明

下面两个示例用于说明 Java 对象的内存布局。

示例一

public class Test {
    private int i;
    private Object obj;
}

对于这个示例，Test 类实例化后占用的内存空间如下：

对象头：markword（32位）+ klass pointer（32位）= 8字节
实例数据：int i（4字节）+ object obj（4字节）= 8字节
对齐填充：不需要填充
--------------------------------------
总共：8字节

示例二

public class Test {
    private int i;
    private Object obj;
    private byte b;
}

对于这个示例，Test 类实例化后占用的内存空间如下：

对象头：markword（32位）+ klass pointer（32位）= 8字节
实例数据：int i（4字节）+ object obj（4字节）+ byte b（1字节）= 9字节
对齐填充：填充3字节
--------------------------------------
总共：20字节

对于这两个示例，我们可以看到对象头和实例数据不难理解，重点是对齐填充的理解，这是因为按内存对齐要求，每个对象在内存中的数值地址都应该是8的倍数，如此可能会带来空间浪费。因此，jvm会通过对齐填充的方式，来补齐空间，保证每个对象的内存地址都能够是8的倍数，达到了对性能的优化效果。