这篇文章介绍了创造与布局：剖析 Java 对象创建过程以及内存布局，分享给大家做个参考，收藏Java资料网收获更多编程知识

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前言

上下文提及到了类的加载过程，详细介绍了加载类的每个阶段：Loading、Linking、Initialize，在其中也说明了静态变量赋值顺序 > 先赋予默认值、在 Initialize 初始化阶段赋予初始值

从类加载到双亲委派：深入解析类加载机制与 ClassLoader

该篇文章会详细实例对象的创建过程、对象如何布局、对象头包括哪些内容以及对象如何定位、分配等

创建对象过程

创建对象的过程如下：

1. 创建一个对象：new Obj()，第一步把 class 文件 loading 进内存中
2. 第二步：Linking 链接阶段，分为三部分进行：Verification 校验文件是否符合 class 格式（CAFE BABY）、Preparation 将类的静态变量赋默认值、Resolution 将符号引用解析为直接引用
3. 第三步：Initialize 初始化阶段将类的静态变量设置初始值，同时执行静态代码块语句
4. 申请对象内存，成员变量赋默认值
5. 调用构造方法：成员变量按顺序赋初始值、执行构造方法的代码块

创建对象需要预先申请好内存，成员变量再赋默认值，然后再调用构造方法时，先会将成员变量按顺序进行赋予初始值，再后来才调用构造方法 > 第一句先通过 super() 方法调用父类

对象布局

观察虚拟机默认配置：java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

-XX:InitialHeapSize=23891840 -XX:MaxHeapSize=382269440 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops

作为内存布局的对象分为两种：
1、普通对象
2、数组对象

普通对象

普通对象内部有几个重要的概念组成部分，如下：

1. 对象头：包含了 Mark Word 标记字及 Klass Pointer 类型指针，长度为 8 字节

Mark Word 标记字，长度为 8 字节
ClassPointer 指针，开启：-XX:+UseCompressedClassPointers 参数后会压缩为 4 字节，不开启为 8 字节

1. 实例数据，开启：-XX:+UseCompressedOops 参数后，开启时引用类型为 4 字节，不开启时为 8 字节
2. 填充对齐，Padding 填充必须是 8 的整数倍

数组对象

数组对象内部有几个重要的概念组成部分，如下：

1. 对象头：包含了 Mark Word 标记字及 Klass Pointer 类型指针，同普通对象一样
2. 数组长度占用为 4 字节
3. 数组数据
4. 填充对齐，Padding 填充必须是 8 的整数倍

数组对象对比普通对象多了数组长度

如何观察 Object 大小

1、创建一个 Agent 代理类，获取对象大小

import java.lang.instrument.Instrumentation;

/**
 * @author vnjohn
 * @since 2023/06/26
 */
public class ObjectSizeAgent {
    /**
     * Java 内部字节码处理调试叫为 Instrumentation（调弦），所以我们在代理装到我们 JVM 时候可以截获这个 Instrumentation
     */
    private static Instrumentation inst;

    /**
     * 必须要有 premain 函数参数也是固定的,第二个就是 Instrumentation
     * 这个是虚拟机调用的它会帮我们初始化 instrumentation，所以调用 getObjectSize 方法才不会空指针
     */
    public static void premain(String agentArgs,Instrumentation _inst){
        inst = _inst;
    }

    public static long sizeOf(Object o){
        return inst.getObjectSize(o);
    }
}

2、在 META-INF 目录下，创建 MANIFEST.MF 文件，设置版本、主函数调用前要执行的方法，如下：

Manifest-Version: 1.0
Created-By: vnjohn
Premain-Class: com.vnjohn.jvm.agent.ObjectSizeAgent

3、在 maven build 节点下引入自定义的 MANIFEST 配置，如下：

<build>
    <plugins>
        <plugin>
            <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
            <artifactId>maven-jar-plugin</artifactId>
            <configuration>
                <archive>
                    <manifestFile>src/META-INF/MANIFEST.MF</manifestFile>
                </archive>
            </configuration>
        </plugin>
    </plugins>
</build>

4、将其打包成 jar 包，再其他存在主函数的项目中引入该依赖，如下：

<dependency>
    <groupId>org.vnjohn</groupId>
    <artifactId>object-size-agent</artifactId>
    <version>1.0.0-SNAPSHOT</version>
</dependency>

5、编写测试类代码（可自行调整你想知道某个类的大小）先调整启动参数，如下：

-javaagent:/Users/vnjohn/repository/org/vnjohn/object-size-agent/1.0.0-SNAPSHOT/object-size-agent-1.0.0-SNAPSHOT.jar

/**
 * @author vnjohn
 * @since 2023/6/26
 */
public class SizeOfAnObject {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new Object()));
    System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new int[]{}));
    System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new OrdinaryObject()));
  }

  // 一个 Object 占多少个字节
  // Oops = ordinary object pointers  普通对象指针
  private static class OrdinaryObject {
    // 8 _markword
    // 4 _class pointer
    int id;         // 4
    String name;    // 4
    int age;        // 4

    byte b1;        // 1
    byte b2;        // 1

    Object o;       // 4
    byte b3;        // 1
  }
}

具体更多的源码及介绍，可以阅览 GitHub 仓库：object-size-agent.git

当我们要评估临时扩容方案时，都需要计算好对应实体所具体要占用的大小，以此来作为测试基准，做规划来定下最终要扩容的服务器大小及数量！！！

对象头组成部分

对象头组成部分，可以看 HotSpot 内核源码中 Mark Word 结构，在 markOop.hpp 文件中，截取一部分源码的注释部分，如下：

//  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)

以 64 bits 位为例，如下表：

为什么 GC 年龄默认设置为 15？

当我们使用 PS 垃圾回收器时，它默认的从年轻代升到老年代的年龄为 15，因为只有 4 bit 来表示分代年龄，最大二进制为：1111=8+4+2+1=15，所以说最大年龄也就只有 15

对象如何定位

当 new 出来一个对象，比如：new OrdinaryObject()，那么这个对象是如何被定位到的呢？

创建对象自然是为了后续使用该对象，在我们 Java 程序会通过栈上的 reference 数据来操作堆上的具体对象；由于 reference 类型在《Java 虚拟机规范》里面只是规定了它是一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过什么方式去定位；对象具体使用什么定位方式是由虚拟机实现而决定的，主流的对象定位方式主要有两种：句柄、直接指针

句柄：若使用句柄访问的话，Java 堆中将会划分一块内存来作为句柄池，reference 存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据、类型数据各自的地址信息

直接指针：若使用直接指针访问的话，Java 堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置类型数据的相关信息，reference 中直接存储的就是对象地址，若只是访问对象本身而不是对象类型数据的话，那么就不需要多一次的间接访问开销

这两种对象定位方式各有优劣，如下：

1. 使用句柄来访问的最大好处就是 reference 中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而 reference 本身不需要被修改

GC 回收时效率会比较高

1. 使用直接指针来访问的最大好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于对象访问在 Java 中非常频繁，因此这类开销积少成多也是一项极为可观的执行成本，主要的虚拟机 HotSpot 就采用了这种方式进行对象访问

对象如何分配

图解过程，如下：

1. 当 new 一个对象时，先往栈上分配，若栈上能分配就分配在栈上，当栈上弹出后对象就没了

作用于方法作用域下的对象，非本地缓存

1. 若栈上无法分配，判断对象是否足够大，对象特别大时直接分配到堆中的老年代中
2. 若对象不足够大，优先进行线程本地分配（TLAB：Thread Local Allocation Buffer）线程本地缓冲区能分配下就进行分配
3. 线程本地缓冲区分配不下就分配到伊甸区，然后进行 GC 回收过程
4. GC 分代年龄到了（最大为 15）直接进入到老年代，若年龄不到将一直在年轻代中 YGC 来 YGC 去，直接对象被回收或者年龄足够满足到达老年代

以上的过程就是所谓的对象分配

总结

该篇博文讲解了创建对象过程的几个核心步骤，剖析了对象内部是如何布局 > 普通对象、数组对象，通过了一个简单的案例来如何统计一个 Object 所占的字节大小，对象头组成部分：Mark Word、Class Pointer，介绍了对象定位的两种方式：句柄池、直接指针，最后，简要说明了对象如何分配的过程；希望你能喜欢，帮助到你是莫过于最开心的事了！

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文章来源:https://blog.csdn.net/vnjohn/article/details/131388180
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