JAVA对象头详解（含32位虚拟机与64位虚拟机）

2022-11-20 15:23:09

为什么要学习Java对象头

学习Java对象头主要是为了解synchronized底层原理，synchronized锁升级过程，Java并发编程等。

JAVA对象头详解（含32位虚拟机与64位虚拟机）

JAVA对象头

由于Java面向对象的思想，在JVM中需要大量存储对象，存储时为了实现一些额外的功能，需要在对象中添加一些标记字段用于增强对象功能，这些标记字段组成了对象头。

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：对象头（Header），实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。

也就是说 JAVA对象 = 对象头 + 实例数据 + 对象填充。

其中，对象头由两部分组成，一部分用于存储自身的运行时数据，称之为 Mark Word，另外一部分是类型指针，及对象指向它的类元数据的指针。

对象头 = Mark Word + 类型指针

（未开启指针压缩的情况下）

在32位系统中，Mark Word = 4 bytes = 32 bits，对象头 = 8 bytes = 64 bits；

在64位系统中，Mark Word = 8 bytes = 64 bits ，对象头 = 16 bytes = 128bits；

bytes 是字节，bits 是位。所以说，在32位JVM虚拟机系统中，Mark Word部分，占了4个字节，Klass Word部分也占了4个字节，所以，对象头大小为8个字节。在64位JVM虚拟机系统中，Mark Word部分，占了8个字节，Klass Word部分也占了8个字节，所以，对象头大小为16个字节。

32位虚拟机对象头

32位虚拟机普通对象的对象头

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|                    Object Header (64 bits)                |

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|             Mark Word (32 bits) | Klass Word (32 bits)    |

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32位虚拟机数组对象的对象头

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|                                  Object Header (96 bits)                        |

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|       Mark Word(32bits)        | Klass Word(32bits)    | array length(32bits)   |

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32位虚拟机对象头详情如下

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|                                          Object Header(64bits)                                               |

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|                    Mark Word(32bits)                           |  Klass Word(32bits)    |      State         |

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|     hashcode:25                   | age:4 | biased_lock:0 | 01 | OOP to metadata object |      Nomal         |

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|     thread:23           | epoch:2 | age:4 | biased_lock:1 | 01 | OOP to metadata object |      Biased        |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

|     ptr_to_lock_record:30                                 | 00 | OOP to metadata object | Lightweight Locked |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

|     ptr_to_heavyweight_monitor:30                         | 10 | OOP to metadata object | Heavyweight Locked |

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|                                                           | 11 | OOP to metadata object |    Marked for GC   |

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64位虚拟机对象头

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|                                          Object Header(128bits)                                              |

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|                                Mark Word(64bits)               |  Klass Word(64bits)    |      State         |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| unused:25|identity_hashcode:31|unused:1|age:4|biase_lock:0| 01 | OOP to metadata object |      Nomal         |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| thread:54|      epoch:2       |unused:1|age:4|biase_lock:1| 01 | OOP to metadata object |      Biased        |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

|                     ptr_to_lock_record:62                 | 00 | OOP to metadata object | Lightweight Locked |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

|                    ptr_to_heavyweight_monitor:62          | 10 | OOP to metadata object | Heavyweight Locked |

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|                                                           | 11 | OOP to metadata object |    Marked for GC   |

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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 lock 状态
0 01 无锁
1 01 偏向锁
0 00 轻量级锁
0 10 重量级锁
0 11 GC标记

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。

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：25位的对象标识Hash码，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。当对象被锁定时，该值会移动到管程Monitor中。

thread：持有偏向锁的线程ID。

epoch：偏向时间戳。

ptr_to_lock_record：指向栈中锁记录的指针。

ptr_to_heavyweight_monitor：指向管程Monitor的指针。

如何查看对象头

查看对象头，就需要用到借助JOL工具。

<dependency>

     <groupId>org.openjdk.jol</groupId>

     <artifactId>jol-core</artifactId>

     <version>0.10</version>

</dependency>


import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;

import org.openjdk.jol.vm.VM;

import static java.lang.System.out;

public class TestBiased {

    public static void main(String[] args) {

        Dog d= new Dog();

        //打印JVM的详细信息

        out.println(VM.current().details());

        //打印对应的对象头信息

        out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());

    }

}

class Dog {

}

打印，大概如下。

21:46:08.204 c.TestBiased [main] - # Running 64-bit HotSpot VM.

# Objects are 8 bytes aligned.

# Field sizes by type: 8, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]

# Array element sizes: 8, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]

21:46:08.215 TestBiased [main] - cn.itcast.test.Dog object internals:

 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                VALUE

      0     4        (object header)            01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)

      4     4        (object header)            00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)

      8     4        (object header)            50 c8 e1 3f (01010000 11001000 11100001 00111111) (1071761488)

     12     4        (object header)            71 01 00 00 (01110001 00000001 00000000 00000000) (369)

Instance size: 16 bytes

Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total

如果打印不一样，可以加VM options参数-XX:-UseCompressedOops，关闭指针压缩。

要看懂VALUE这串数还得了解一下小端存储

一个对象创建时：

如果开启了偏向锁（默认开启），那么对象创建后，markword 值为 0x05 即最后 3 位为 101，这时它的

thread、epoch、age 都为 0

偏向锁是默认是延迟的，不会在程序启动时立即生效，如果想避免延迟，可以加 VM 参数

-XX:BiasedLockingStartupDelay=0 来禁用延迟

如果没有开启偏向锁，那么对象创建后，markword 值为 0x01 即最后 3 位为 001，这时它的 hashcode、

age 都为 0，第一次用到 hashcode 时才会赋值

参考

memory-efficient-java

深入理解Java的对象头mark word

Java对象头详解

java校招面试

Java对象结构与锁实现原理及MarkWord详解

干掉面试官1-synchronized底层原理（从Java对象头说到即时编译优化）

探究java对象头——大端存储与小端存储

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