为什么JVM要用到压缩指针？Java对象要求8字节的整数倍？

前言

前两天在一个帖子中看到一道面试题：

堆内存超过32G时，为什么压缩指针失效？

之前没有了解过这方面的知识，于是开始google起来，但当我翻看了不下一页的帖子，我都仍然没有搞懂，因为好多答案给我的感觉更像是：

因为堆内存超过32G，压缩指针会失效，所以堆内存超过32G时，压缩指针会失效。

我：？？？

本着有问题搞不懂就吃不下冰激凌的原则，我决定搞清楚这个问题。

32位和64位

首先我们都知道知道操作系统有32位操作系统(别名 x86 )和64位操作系统(别名 x86-64 或 x64)，相对的JVM也分为32位和64位。

什么？你没注意过？

如何知道现在自己使用的JVM是32位还是64位？

命令行输入：java -version

如果你是64位的话，会出现 64-Bit 这样的内容：

java version "1.8.0_202"

Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_202-b08)

Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.202-b08, mixed mode)

如果你是32位的话，则没有相关的内容：

java version "1.8.0_211"

Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_211-b12)

Java HotSpot(TM) Client VM (build 25.211-b12, mixed mode)

32位操作系统只可以运行32位的JVM，64位操作系统则都可以运行（有点类似兼容老版本）。

那我应该如何选择多少位的JVM呢？

32位JVM的寻址空间只有4G（2^32），也就是你的java进程最大只能使用4G内存（因为有其他开销，实际远小于4G）；而64位JVM的寻址空间最大有2^64，差不多可以理解为无限大。

(不同操作系统和JVM对应的进程最大内存和最大堆内存)

（Approx：大概，approximately的缩写）

64位的JVM听起来是升级版，性能要比32位的JVM要高吧？

其实恰恰相反，64位JVM的寻址空间更大了，但是会带来性能的损耗；同样的应用，运行在64位JVM上比起运行在32位JVM上会有0~20%的性能损耗（取决于应用里面指针的数量）。

其实从名字上我们可以就可以区分，64位JVM，他的每一个native指针都占用64位（即64bit，也就是8字节）。32位JVM则只有4字节。加载这些额外的字节也自然会影响内存的占用。

铺垫这么多，指针的寻址原理奉上

假如我们这里有3个对象A、B、C，他们的大小分别为8、16、8字节（为什么假设这几个值，我们先按下不表），并且在内存中连续存储，为更好理解，我们简化为下图：

指针用内存位置来标记对象在内存中的位置：

A：00000000 00000000 00000000 00000000 （十进制表示：0）

B：00000000 00000000 00000000 00001000 （十进制表示：8）

C：00000000 00000000 00000000 00011000 （十进制表示：24）

从上面可以看出32位的指针，满打满算也只能存储2^32，约4GB的内存地址。

如果是64位的指针，就能表示2^64，上面说的可以理解为无限大，如果你有听过 国际象棋盘与麦粒 的故事就知道，它肯定能满足需求，甚至感觉还有点浪费。

回归题目，压缩指针的引入。

既然64位指针用来存储太浪费了，有什么更好的办法可以在32位的限制下表示更多的内存地址吗？

这时，我们发现对象A、B、C大小都是8字节的整数倍，即8是他们对象大小的最大公约数！

我这边就不卖关子，直接说答案，我们可以借助索引来标识。

用 8位内存地址偏移量代表 1索引

那么A的位置就可以标识为索引0，B为索引1，C为索引3。

指针用索引来标记对象在内存中的位置：

A：00000000 00000000 00000000 00000000 （十进制表示：0）

B：00000000 00000000 00000000 00000001 （十进制表示：1）

C：00000000 00000000 00000000 00000011 （十进制表示：3）

加入索引这一概念是为了方便理解；实际上JVM是通过读取时左移3位，存储时右移3位来完成的。

也就是说原本可表示4GB的内存地址，因为1索引表示8个内存地址偏移量，现在可以表示最高存储32GB的内存地址了。

伏笔回收：Java对象的大小为什么必须是8字节的整数倍？

上面的对象A、B、C我们假设的大小是8字节、16字节、8字节；共同点你可能发现了，他们都是8字节的倍数，其实Java对象的大小就必须是8字节的整数倍，如果没有这个条件，上面说的索引说法也不成立。

当然除了为了支持上面这些功能外，另外还有的就是因为现在大多数计算机都是高效的64位处理器，顾名思义，一次能处理64位的指令，即8个字节的数据，HotSpot VM的自动内存管理系统也就遵循了这个要求，这样子性能更高，处理更快。

JVM如何保证Java对象的大小都是8字节的整数倍？

用一个普通的Java对象举个简单的栗子

在JVM中，Java对象保存在堆中，由三部分组成：

1.对象头（Object Header）

2.示例数据（Instance Data）

3.对齐填充（Padding）

如果你还不了解的话也没关系，我们讨论的只牵扯到最后一个部分，也就是对齐填充。

对象可以有对齐填充，也可以没有；如果一个对象的前两部分所占大小不是8字节的整数倍，比如12字节，那么对齐填充会以此来填充对象大小到8字节的整数倍，即对齐填充占4字节，java对象一共16字节。

对齐填充：8字节的倍数就由我来组成！

有无压缩指针的区别

把64位JVM的指针压缩为32位，即引入压缩指针的原因是为了节省内存，但其实64位JVM的指针本来就可以是64位。

从8字节压缩到4字节，听起来好像才少了4个字节，但要知道，因为Java对象要补齐8字节的倍数；假如一个Java对象刚好满足了8字节整数倍，但因为没有压缩指针多出来4字节，这时又因为要补齐，还需要再补上4字节，一个对象就多了8字节！听起来好像还不怎么多，但这可是一个对象就少8字节，如果是一个大项目，差的可能就不是一星半点了。

所以肯定是开比不开好（JDK1.6的版本后，64位的JVM默认情况下是开启指针压缩的。）

冰激凌

我的心也终于放下了，马上下楼买冰激凌吃~

写在最后

我是苏易困，大家也可以叫我易困，一名Java开发界的小学生，文章可能不是很优质，但一定会很用心。

之前一直有自己写博客的想法，但无奈真的太拖延了，说懒说躺平都行，而且我也不是说真就很忙，忙到连码字的时间都没有了，都是自己给自己找的借口。

但自己其实也在不停地学习，奈何一直没有系统性地整理过，作为萌新，我真心觉得写博客跟其他大佬们交流真的是一件好事，很多东西其实你自己刚开始也不懂，但你为了整理成文章就需要去了解和学习更多，而且如果你能把这些知识传授给别人，别人也能听懂，那我觉得这些知识才是真的跟你自己融会贯通了。

确实真的不能再这样下去了，一定要克服自己的惰性，精力管理真的很重要，健身也要重新捡起来。

大家如果有什么建议或者文章有什么问题也都可以提出来，一起共同加油~