10 Java 对象的内存布局

Java 创建对象的方式

1：new 语句和反射机制创建。该方式会调用类的构造器，同时满足诸多约束。如果一个类没有构造器的话，Java 编译器会自动添加一个无参数的构造器。子类的构造器需要调用父类的构造器，如果父类存在无参数构造器的话，该调用可以是隐式的。如果父类没有无参数构造器，那么子类的构造器则需要显式的调用父类带参数的构造器。

显式调用又可以分为两种，一种是使用“super”关键字调用父类构造器，二是用“this”关键字调用同一个类中的其他构造器。无论是直接或者间接的显式调用，都需要作为构造器的第一条语句，以便优先初始化继承而来的父类字段。

2：Object.clone 方法和反序列化通过直接复制已有的数据，来初始化新建对象的实例字段。

在通过调用构造器创建对象的时候，子类的实例会为父类实例字段分配内存。下面总结一下，这些字段在内存中是怎么具体分布的。

压缩指针

在 Java 虚拟机中，每个 Java 对象都有一个对象头，是由标记字段和类型指针所构成。标记字段用来存储 Java 虚拟机有关该对象的运行数据，如哈希码，GC信息以及锁信息；而类型指针则指向该对象的类。

在 64 位的 Java 虚拟机中，对象头的标记字段占 64 位，而类型指针又占了 64 位，总共 16 字节。也就是说，每个 Java 对象在内存的中的额外开销就是 16 个字节。例如：Integer，仅有一个 int 类型的私有字段，占 4 个字节，但是 Integer 的额外开销确实 16 字节。这也是为什么 Java 要引入基本类型的原因之一。

为了减少内存使用量，64 位 Java 虚拟机引入了压缩指针的概念，讲原本 64 位的 Java 对象指针压缩成 32 位的。如此一来，对象头的类型指针也会被要说成 32 位，标记字段并未压缩，使得对象头大小变为 12 字节。

压缩指针的原理：
举例：马路上停了一堆房车，每个房车占据两个车位，总共有 32 个车位，车位排号依次从 0 到 31。我们约定，停在 0 号和 1 号车位上的车是 0 号车，停在 2 号和 3 号车位上的车是 1 号车，以此类推。

原始的内存寻址放的是车位号。比如一个指针的值为 6 ，代表 6 这个车位，找到车位就可以找到 3 号车。采用压缩指针的方式，指针中的值存储的是车号，比如 3 代表的就是 3 号车，然后根据停车规则可以知道在 6 号车位上可以找到 3 号车。

压缩指针就是 JVM 采用封装转化的方法优化了存储结构，自动帮我们实现 32 位的内存地址与 64 位的内存地址的映射。当然，上述情况下对内存数据的查找，需要满足一个前提：数据的存储的起始位置需要对齐字段所占存储空间的整数倍。例如：不开启指针压缩的时候，Java 虚拟机堆中对象的起始地址需要对其至 8 的倍数。如果一个对象用不到 8N 个字节，那么空白的那部分空间就浪费掉了。这些浪费掉的空间我们称之为对象间的填充。

内存字段对其的另一个原因，是让字段只出现在同意 CPU 的缓存中。如果字段不是对齐的，那么就有可能出现跨缓存行的字段。也就是说该字段的读取可能需要替换两个缓存航，而字段的存储也会同时污染两个缓存行。这两种情况对程序的执行效率而言都是不利的。

字段重排列

字段重排列就是 Java 虚拟机重新分配字段的先后顺序，以达到内存对其的目的。Java 虚拟机中有三种排列方法，全都遵循以下两个原则：
1：如果一个字段占据 C 个字节，那么该字段的偏移量需要对其至 NC。这里的偏移量指的是字段地址与对象的起始地址差值。

举例：Long 类，仅有一个 long 类型的实例字段。在 64 为虚拟机中使用压缩指针后，对象头的大小为 12 个字节，该 long 类型字段的偏移量只能是 NC = 2*8 = 16，而中间空着的 4 个字节便会被浪费掉。

2：子类所继承字段的偏移量，需要与父类对应字段的偏移量保持一致。

总结

本文创作灵感来源于极客时间郑雨迪老师的《深入拆解 Java 虚拟机》课程，通过课后反思以及借鉴各位学友的发言总结，现整理出自己的知识架构，以便日后温故知新，查漏补缺。

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