java对象头信息

做java开发几年了，但一直不知道如下问题：

1. 一个java对象到底占用了多少内存空间，应该如何计算？

2. 为什么在jdk1.6后，synchronized关键字性能有所提高，为什么会提高？并且很多文章中都说synchronized锁有偏向锁、轻量锁、重量锁等状态？

3. java对象是在那里设置了指针指向对应的方法区中的元数据的？

4. 在jvm垃圾回收时被标记为可回收但还未执行回收时，java对象是什么状态？

5. jvm怎么确定 一个java对象的GC年龄？

6. 为什么对象在经历过最多15次GC后，就会被移动到老年代中？

带着上述问题，最近终于找到了答案，于是记录了下来。

在java中，一个对象是具有相关的状态的，这状态都是保存在java对象的对象头中的。本文以64位进行说明。

1. 概述

java对象由如下几部分组成：

1. 对象头：Mark word和klasspointer两部分组成，如果是数组，还包括数组长度

2. 实例属性

3. 对齐填充

如何能看到上图结构？

注意：要打印上述内存结构图，需要引入如下依赖：

 
   
   
   
     org.openjdk.jol 
    
   
     jol-core 
    
   
     0.9 
    
  

2. 对象头

64位对象头由Mark Word、klass pointer两部分组成，如果对象是数组，则还要加上数组长度，即三部分组成。

Mark Word由64位8个字节组成。

klass pointer由64位8个字节组成，但我们使用的64位 JVM会默认使用选项 +UseCompressedOops 开启指针压缩，将指针压缩至32位。即上面截图中的klass pointer为4个字节32位。

类指针klass pointer和数组长度，很简单这里不在描述，重点描述下Mark Word部分。

Mark Word的64位，不同的位表示的意思不一样，具体如下所示：

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Object Header (128 bits) | |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Mark Word (64 bits) | Klass Word (64 bits) | |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | unused:25 | identity_hashcode:31 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | OOP to metadata object | 无锁 |----------------------------------------------------------------------|--------|------------------------------| | thread:54 | epoch:2 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | OOP to metadata object | 偏向锁 |----------------------------------------------------------------------|--------|------------------------------| | ptr_to_lock_record:62 | lock:2 | OOP to metadata object | 轻量锁 |----------------------------------------------------------------------|--------|------------------------------| | ptr_to_heavyweight_monitor:62 | lock:2 | OOP to metadata object | 重量锁 |----------------------------------------------------------------------|--------|------------------------------| | | lock:2 | OOP to metadata object | GC |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

lock:  锁状态标记位，该标记的值不同，整个mark word表示的含义不同。

biased_lock：偏向锁标记，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：Java GC标记位对象年龄，4位的表示范围为0-15，因此对象经过了15次垃圾回收后如果还存在，则肯定会移动到老年代中。

identity_hashcode：对象标识Hash码，采用延迟加载技术。当对象使用HashCode()计算后，并会将结果写到该对象头中。当对象被锁定时，该值会移动到线程Monitor中。

thread：持有偏向锁的线程ID和其他信息。这个线程ID并不是JVM分配的线程ID号，和Java Thread中的ID是两个概念。

epoch：偏向时间戳。

ptr_to_lock_record：指向栈中锁记录的指针。

ptr_to_heavyweight_monitor：指向线程Monitor的指针。

2.1 无锁状态时Mark Word-001

当一个对象才new且调用了hashcode方法后（如果不调用hashcode方法，那么存放hashcode的31位全部为0），正常情况下处于无锁状态，无锁状态时，Mark Word的64位分别为：前25位未使用，接下来的31位为对象的hashcode，接下来的1位未使用，接下来的4位表示对象的GC年龄，接下来的一位为偏向锁状态，最后2位表示锁状态。如下图所示：

2.2 偏向锁状态时的Mark Word-101

理论上而言，u对象应该是无锁状态啊，变成为偏向锁了呢？如果把sleep注释掉真的就是无锁状态。

JVM启动时会进行一系列的复杂活动，比如装载配置，系统类初始化等等。在这个过程中会使用大量synchronized关键字对对象加锁，且这些锁大多数都不是偏向锁。为了减少初始化时间，JVM默认延时加载偏向锁。这个延时的时间大概为4左右，具体时间因机器而异。当然我们也可以设置JVM参数 -XX:BiasedLockingStartupDelay=0 来取消延时加载偏向锁。

此时占用 thread 和 epoch 的 位置的均为0，说明当前偏向锁并没有偏向任何线程。此时这个偏向锁正处于可偏向状态，准备好进行偏向了！你也可以理解为此时的偏向锁是一个特殊状态的无锁。

2.3 轻量级锁状态时的Mark Word-000

所谓轻量级锁是指虽然代码中有synchronized关键字加锁，但jvm在执行时，不存在并发问题，这时jvm会优化成轻量级锁，如下代码所示：

public class SyncTest { public static void main(String[] args) throws Exception { final User a = new User(); Thread thread1 = new Thread(){ @Override public void run() { synchronized (a){ System.out.println("thread1 locking"); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable()); } try { //thread1退出同步代码块，且没有死亡 Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }; Thread thread2 = new Thread(){ @Override public void run() { synchronized (a){ System.out.println("thread2 locking"); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable()); } } }; thread1.start(); //让thread1执行完同步代码块中方法。 Thread.sleep(3000); thread2.start(); } }

2.4 重量级锁状态时的Mark Word-010

即在执行代码时真的会存在锁争抢的情况，如下代码所示：

public class SyncTest { public static void main(String[] args) throws Exception { final User a = new User(); Thread thread1 = new Thread(){ @Override public void run() { synchronized (a){ System.out.println("thread1 locking"); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable()); } try { //thread1退出同步代码块，且没有死亡 Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }; Thread thread2 = new Thread(){ @Override public void run() { synchronized (a){ System.out.println("thread2 locking"); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable()); try { //thread1退出同步代码块，且没有死亡 Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }; thread1.start(); thread2.start(); } }

3.对象属性数据区

int—4个字节

long–8个字节

double–8个字节

float–4个字节

short–2个字节

char–2个字节（为什么是2个字节，不应该是一个字节么？难道跟编码有关？）

Boolean–1个字节

byte–1个字节

java对象–4个字节

4. 对齐填充区

Java对象占用空间是8字节对齐的，即所有Java对象占用字节数必须是8的倍数。如下图所示：

这个对象一个占用了24个字节，其中MarkWord+klasspointer+short+char+boolean+byte+对齐填充=18+对齐填充，而比18大且是8的整数倍的最小值为24，因此这个对象的对齐填充为6，整个对象大小为24字节。

对此，本章节前的几个问题就都有了答案，get get get！！！