java对象结构 对象头 Markword？相信很多没有经验的人对此束手无策，为此本文总结了问题出现的原因和解决方法，通过这篇文章希望你能解决这个问题。
概述
对象实例由对象头、实例数据组成，其中对象头包括markword和类型指针，如果是数组，还包括数组长度;
| 类型 | 32位JVM | 64位JVM|
| ------ ---- | ------------| --------- |
| markword | 32bit | 64bit |
| 类型指针 | 32bit |64bit ，开启指针压缩时为32bit |
| 数组长度 | 32bit |32bit |
header.png
compressed_header.png
可以看到
开启指针压缩时，markword占用8bytes,类型指针占用8bytes，共占用16bytes;
未开启指针压缩时，markword占用8bytes,类型指针占用4bytes,但由于java内存地址按照8bytes对齐,长度必须是8的倍数，因此会从12bytes补全到16bytes;
数组长度为4bytes,同样会进行对齐，补足到8bytes;
另外从上面的截图可以看到，开启指针压缩之后，对象类型指针为0xf800c005,但实际的类型指针为0x7c0060028;那么指针是如何压缩的呢？
实际上由于java地址一定是8的倍数，因此将0xf800c005*8即可得到实际的指针0x7c0060028,关于指针压缩的更多知识可参考官方文档。
markword结构
markword的结构，定义在markOop.hpp文件：
32 bits: -------- hash:25 ------------>| age:4 biased_lock:1 lock:2 (normal object) JavaThread*:23 epoch:2 age:4 biased_lock:1 lock:2 (biased object) size:32 ------------------------------------------>| (CMS free block) PromotedObject*:29 ---------->| promo_bits:3 ----->| (CMS promoted object) 64 bits: -------- unused:25 hash:31 -->| unused:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (normal object) JavaThread*:54 epoch:2 unused:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (biased object) PromotedObject*:61 --------------------->| promo_bits:3 ----->| (CMS promoted object) size:64 ----------------------------------------------------->| (CMS free block) unused:25 hash:31 -->| cms_free:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (COOPs && normal object) JavaThread*:54 epoch:2 cms_free:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (COOPs && biased object) narrowOop:32 unused:24 cms_free:1 unused:4 promo_bits:3 ----->| (COOPs && CMS promoted object) unused:21 size:35 -->| cms_free:1 unused:7 ------------------>| (COOPs && CMS free block) [ptr | 00] locked ptr points to real header on stack [header | 0 | 01] unlocked regular object header [ptr | 10] monitor inflated lock (header is wapped out) [ptr | 11] marked used by markSweep to mark an object
由于目前基本都在使用64位JVM,此处不再对32位的结构进行详细说明：
| 偏向锁标识位 | 锁标识位 | 锁状态 | 存储内容 |
|---|---|---|---|
| 0 | 01 | 未锁定 | hash code(31),年龄(4) |
| 1 | 01 | 偏向锁 | 线程ID(54),时间戳(2),年龄(4) |
| 无 | 00 | 轻量级锁 | 栈中锁记录的指针(64) |
| 无 | 10 | 重量级锁 | monitor的指针(64) |
| 无 | 11 | GC标记 | 空，不需要记录信息 |
此处，有几点要注意:
如果对象没有重写hashcode方法，那么默认是调用os::random产生hashcode,可以通过System.identityHashCode获取；os::random产生hashcode的规则为:next_rand = (16807seed) mod (2*31-1),因此可以使用31位存储;另外一旦生成了hashcode,JVM会将其记录在markword中；
GC年龄采用4位bit存储，最大为15，例如MaxTenuringThreshold参数默认值就是15；
当处于轻量级锁、重量级锁时，记录的对象指针，根据JVM的说明，此时认为指针仍然是64位，最低两位假定为0;当处于偏向锁时，记录的为获得偏向锁的线程指针，该指针也是64位；
We assume that stack/thread pointers have the lowest two bits cleared.
ObjectMonitor* monitor() const {
assert(has_monitor(), "check");
// Use xor instead of &~ to provide one extra tag-bit check.
return (ObjectMonitor*) (value() ^ monitor_value);//monitor_value=2,value最右两位为10，因此异或之后最右两位为0
}
JavaThread* biased_locker() const {
assert(has_bias_pattern(), "should not call this otherwise");
return (JavaThread*) ((intptr_t) (mask_bits(value(), ~(biased_lock_mask_in_place | age_mask_in_place | epoch_mask_in_place))));
//~(biased_lock_mask_in_place | age_mask_in_place | epoch_mask_in_place)为11111111111111111111110010000000，计算后的结果中，低10位全部为0;
}由于java中内存地址都是8的倍数，因此可以理解为最低3bit为0，因此假设轻量级和重量级锁的最低2位为0是成立的；但为什么偏向锁的最低10位都是0?查看markOop.hpp文件，发现有这么一句话:
// Alignment of JavaThread pointers encoded in object header required by biased locking
enum { biased_lock_alignment = 2 << (epoch_shift + epoch_bits)
//epoch_shift+epoch_bits＝10
};thread.hpp中重载了operator new:
void* operator new(size_t size) { return allocate(size, true); }
// ======= Thread ========
// Support for forcing alignment of thread objects for biased locking
void* Thread::allocate(size_t size, bool throw_excpt, MEMFLAGS flags) {
if (UseBiasedLocking) {
const int alignment = markOopDesc::biased_lock_alignment;//10
size_t aligned_size = size + (alignment - sizeof(intptr_t));
void* real_malloc_addr = throw_excpt? AllocateHeap(aligned_size, flags, CURRENT_PC)
: os::malloc(aligned_size, flags, CURRENT_PC);
void* aligned_addr = (void*) align_size_up((intptr_t) real_malloc_addr, alignment);
assert(((uintptr_t) aligned_addr + (uintptr_t) size) <=
((uintptr_t) real_malloc_addr + (uintptr_t) aligned_size),
"JavaThread alignment code overflowed allocated storage");
if (TraceBiasedLocking) {
if (aligned_addr != real_malloc_addr)
tty->print_cr("Aligned thread " INTPTR_FORMAT " to " INTPTR_FORMAT,
real_malloc_addr, aligned_addr);
}
((Thread*) aligned_addr)->_real_malloc_address = real_malloc_addr;
return aligned_addr;
} else {
return throw_excpt? AllocateHeap(size, flags, CURRENT_PC)
: os::malloc(size, flags, CURRENT_PC);
}
}如果开启了偏移锁,在创建线程时，线程地址会进行对齐处理，保证低10位为0
实例数据
实例数据中主要包括对象的各种成员变量，包括基本类型和引用类型；static类型的变量会放到java/lang/Class中，而不会放到实例数据中；
对于引用类型的成员(包括string)，存储的指针；对于基本类型，直接存储内容；通常会将基本类型存储在一起，引用类型存储在一起；
例如类Test的成员定义如下:
private static Test t1=new Test();
private Test t2;
private int a=5;
private Integer b=7;
private String c="112";
private BigDecimal d=new BigDecimal("5");
private long e=9l;
body.png
可以看到long e、int a为基本类型，存储在一起；其它的引用类型存储在一起；int占用4bytes,不足8bytes,自动补足到8bytes;
补充知识：java的对象物理结构，以及对象头中MarkWord与锁的关系
java 对象头
我们都知道，Java对象存储在堆（Heap）内存。那么一个Java对象到底包含什么呢？概括起来分为对象头、对象体和对齐字节。
如下图所示：
对象的几个部分的作用：
1.对象头中的Mark Word（标记字）主要用来表示对象的线程锁状态，另外还可以用来配合GC、存放该对象的hashCode；
2.Klass Word是一个指向方法区中Class信息的指针，意味着该对象可随时知道自己是哪个Class的实例；
3.数组长度也是占用64位（8字节）的空间，这是可选的，只有当本对象是一个数组对象时才会有这个部分；
4.对象体是用于保存对象属性和值的主体部分，占用内存空间取决于对象的属性数量和类型；
5.对齐字是为了减少堆内存的碎片空间（不一定准确）。
了解了对象的总体结构，接下来深入地了解对象头的三个部分。
一、Mark Word（标记字）
以上是Java对象处于5种不同状态时，Mark Word中64个位的表现形式，上面每一行代表对象处于某种状态时的样子。其中各部分的含义如下：
lock:2位的锁状态标记位，由于希望用尽可能少的二进制位表示尽可能多的信息，所以设置了lock标记。该标记的值不同，整个Mark Word表示的含义不同。biased_lock和lock一起，表达的锁状态含义如下：
biased_lock：对象是否启用偏向锁标记，只占1个二进制位。为1时表示对象启用偏向锁，为0时表示对象没有偏向锁。lock和biased_lock共同表示对象处于什么锁状态。
age：4位的Java对象年龄。在GC中，如果对象在Survivor区复制一次，年龄增加1。当对象达到设定的阈值时，将会晋升到老年代。默认情况下，并行GC的年龄阈值为15，并发GC的年龄阈值为6。由于age只有4位，所以最大值为15，这就是-XX:MaxTenuringThreshold选项最大值为15的原因。
identity_hashcode：31位的对象标识hashCode，采用延迟加载技术。调用方法System.identityHashCode()计算，并会将结果写到该对象头中。当对象加锁后（偏向、轻量级、重量级），MarkWord的字节没有足够的空间保存hashCode，因此该值会移动到管程Monitor中。
thread：持有偏向锁的线程ID。
epoch：偏向锁的时间戳。
ptr_to_lock_record：轻量级锁状态下，指向栈中锁记录的指针。
ptr_to_heavyweight_monitor：重量级锁状态下，指向对象监视器Monitor的指针。
二、Klass Word（类指针）
这一部分用于存储对象的类型指针，该指针指向它的类元数据，JVM通过这个指针确定对象是哪个类的实例。该指针的位长度为JVM的一个字大小，即32位的JVM为32位，64位的JVM为64位。
如果应用的对象过多，使用64位的指针将浪费大量内存，统计而言，64位的JVM将会比32位的JVM多耗费50%的内存。为了节约内存可以使用选项+UseCompressedOops开启指针压缩，其中，oop即ordinary object pointer普通对象指针。
开启该选项后，下列指针将压缩至32位：
每个Class的属性指针（即静态变量）
每个对象的属性指针（即对象变量）
普通对象数组的每个元素指针
当然，也不是所有的指针都会压缩，一些特殊类型的指针JVM不会优化，比如指向PermGen的Class对象指针(JDK8中指向元空间的Class对象指针)、本地变量、堆栈元素、入参、返回值和NULL指针等。
三、数组长度
如果对象是一个数组，那么对象头还需要有额外的空间用于存储数组的长度，这部分数据的长度也随着JVM架构的不同而不同：32位的JVM上，长度为32位；64位JVM则为64位。
64位JVM如果开启+UseCompressedOops选项，该区域长度也将由64位压缩至32位。
看完上述内容，你们掌握java对象结构 对象头 Markword的方法了吗？如果还想学到更多技能或想了解更多相关内容，欢迎关注亿速云行业资讯频道，感谢各位的阅读！
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