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我們來分析一下堆內(nèi)布局以及Java對象在內(nèi)存中的布局吧。
對象的指向 先來看一段代碼:package com.zwx.jvm;public class HeapMemory { private Object obj1 = new Object();public static void main(String[] args) { Object obj2 = new Object();}}123456789上面的代碼中,obj1 和obj2在內(nèi)存中有什么區(qū)別?
我們先來回憶一下JVM系列1的文章中有提到,方法區(qū)存儲每個(gè)類的結(jié)構(gòu),比如:運(yùn)行時(shí)常量池、屬性和方法數(shù)據(jù),以及方法和構(gòu)造函數(shù)等數(shù)據(jù)。所以我們這個(gè)obj1是存在方法區(qū)的,而new會創(chuàng)建一個(gè)對象實(shí)例,對象實(shí)例是存儲在堆內(nèi)的,于是就有了下面這幅圖(方法區(qū)指向堆):而obj2 是屬于方法內(nèi)的局部變量,存儲在Java虛擬機(jī)棧內(nèi)的棧幀中的局部變量表內(nèi),這就是經(jīng)典的棧指向堆:這里我們再來思考一下,我們一個(gè)變量指向了堆,而堆內(nèi)只是存儲了一個(gè)實(shí)例對象,那么堆內(nèi)的示例對象是如何知道自己屬于哪個(gè)Class,也就是說這個(gè)實(shí)例是如何知道自己所對應(yīng)的類元信息的呢?這就涉及到了一個(gè)Java對象在內(nèi)存中是如何布局的。
對象內(nèi)存中可以分為三塊區(qū)域:對象頭(Header),實(shí)例數(shù)據(jù)(Instance Data)和對齊填充(Padding),以64位操作系統(tǒng)為例(未開啟指針壓縮的情況) Java對象布局如下圖所示:其中對象頭中的Mark Word中的詳細(xì)信息在文章synchronized鎖升級原理中有詳細(xì)介紹。上圖中的對齊填充不是一定有的,如果對象頭和實(shí)例數(shù)據(jù)加起來剛好是8字節(jié)的倍數(shù),那么就不需要對齊填充。
知道了Java內(nèi)存布局,那么我們來看一個(gè)面試問題
Object obj=new Object()占用字節(jié)
這是網(wǎng)上很多人都會提到的一個(gè)問題,那么結(jié)合上面的Java內(nèi)存布局,我們來分析下,以64位操作系統(tǒng)為例,new Object()占用大小分為兩種情況:
未開啟指針壓縮 占用大小為:8(Mark Word)+8(Class Pointer)=16字節(jié)
開啟了指針壓縮(默認(rèn)是開啟的) 開啟指針壓縮后,Class Pointer會被壓縮為4字節(jié),最終大小為:8(Mark Word)+4(Class Pointer)+4(對齊填充)=16字節(jié)
結(jié)果到底是不是這個(gè)呢?我們來驗(yàn)證一下。首先引入一個(gè)pom依賴:
12345 org.openjdk.jol jol-core 0.10
然后新建一個(gè)簡單的demo:
package com.zwx.jvm;import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;public class HeapMemory { public static void main(String[] args) { Object obj = new Object();System.out.println(ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());}}12345678910輸出結(jié)果如下:最后的結(jié)果是16字節(jié),沒有問題,這是因?yàn)槟J(rèn)開啟了指針壓縮,那我們現(xiàn)在把指針壓縮關(guān)閉之后再去試試。-XX:+UseCompressedOops 開啟指針壓縮-XX:-UseCompressedOops 關(guān)閉指針壓縮12再次運(yùn)行,得到如下結(jié)果:可以看到,這時(shí)候已經(jīng)沒有了對齊填充部分了,但是占用大小還是16位。 下面我們再來演示一下如果一個(gè)對象中帶有屬性之后的大小。 新建一個(gè)類,內(nèi)部只有一個(gè)byte屬性:package com.zwx.jvm;public class MyItem { byte i = 0;}12345然后分別在開啟指針壓縮和關(guān)閉指針壓縮的場景下分別輸出這個(gè)類的大小。package com.zwx.jvm;import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;public class HeapMemory { public static void main(String[] args) { MyItem myItem = new MyItem();System.out.println(ClassLayout.parseInstance(myItem).toPrintable());}}12345678910
開啟指針壓縮,占用16字節(jié):關(guān)閉指針壓縮,占用24字節(jié):這個(gè)時(shí)候就能看出來開啟了指針壓縮的優(yōu)勢了,如果不斷創(chuàng)建大量對象,指針壓縮對性能還是有一定優(yōu)化的。
對象的訪問
創(chuàng)建好一個(gè)對象之后,當(dāng)然需要去訪問它,那么當(dāng)我們需要訪問一個(gè)對象的時(shí)候,是如何定位到對象的呢?目前最主流的訪問對象方式有兩種:句柄訪問和直接指針訪問。
句柄訪問使用句柄訪問的話,Java虛擬機(jī)會在堆內(nèi)劃分出一塊內(nèi)存來存儲句柄池,那么對象當(dāng)中存儲的就是句柄地址,然后句柄池中才會存儲對象實(shí)例數(shù)據(jù)和對象類型數(shù)據(jù)地址。
直接指針訪問(Hot Spot虛擬機(jī)采用的方式) 直接指針訪問的話對象中就會直接存儲對象類型數(shù)據(jù)。
句柄訪問和直接指針訪問對比
上面圖形中我們很容易對比,就是如果使用句柄訪問的時(shí)候,會多了一次指針定位,但是他也有一個(gè)好處就是,假如一個(gè)對象被移動(地址改變了),那么只需要改變句柄池的指向就可以了,不需要修改reference對象內(nèi)的指向,而如果使用直接指針訪問,就還需要到局部變量表內(nèi)修改reference指向。
堆內(nèi)存
上面我們提到,在Java對象頭當(dāng)中的Mark Word存儲了對象的分代年齡,那么什么是分代年齡呢?
一個(gè)對象的分代年齡可以理解為垃圾回收次數(shù),當(dāng)一個(gè)對象經(jīng)過一次垃圾回收之后還存在,那么分代年齡就會加1,在64位的虛擬機(jī)中,分代年齡占了4位,最大值為15。分代年齡默認(rèn)為0000,隨著垃圾回收次數(shù),會逐漸遞增。
Java堆內(nèi)存中按照分代年齡來劃分,分為Young區(qū)和Old區(qū),對象分配首先會到Y(jié)oung區(qū),達(dá)到一定分代年齡(-XX:MaxTenuringThreshold可以設(shè)置大小,默認(rèn)為15)就會進(jìn)入Old區(qū)(注意:如果一個(gè)對象太大,那么就會直接進(jìn)入Old區(qū))。
之所以會這么劃分是因?yàn)槿绻麄€(gè)堆只有一個(gè)區(qū)的話,那么垃圾回收的時(shí)候每次都需要把堆內(nèi)所有對象都掃描一遍,浪費(fèi)性能。而其實(shí)大部分Java對象的生命周期都是很短的,一旦一個(gè)對象回收很多次都回收不掉,可以認(rèn)為下一次垃圾回收的時(shí)候可能也回收不掉,所以Young區(qū)和Old區(qū)的垃圾回收可以分開進(jìn)行,只有當(dāng)Young區(qū)在進(jìn)行垃圾回收之后還是沒有騰出空間,那么再去觸發(fā)Old區(qū)的垃圾回收。
Young區(qū)
現(xiàn)在拆分成了Young區(qū),那我們看下面一個(gè)場景,下面的Young是經(jīng)過垃圾回收之后的一個(gè)概圖:假如說現(xiàn)在來了一個(gè)對象,要占用2個(gè)對象的大小,會發(fā)現(xiàn)放不下去了,這時(shí)候就會觸發(fā)GC(垃圾回收),但是一旦觸發(fā)了GC(垃圾回收),對用戶線程是有影響的,因?yàn)镚C過程中為了確保對象引用不會不斷變化,需要停止所有用戶線程,Sun把這個(gè)事件稱之為:Stop the World(STW)。這些在下一篇講解垃圾回收的時(shí)候會詳細(xì)介紹,這里先不深入。
所以說一般是越少GC越好,而實(shí)際上上圖中可以看到至少還可以放入3個(gè)對象,只要按照對象都按照順序放好,那么是可以放得下的,所以這就產(chǎn)生了問題了,明明有空間,但是因?yàn)榭臻g不連續(xù),導(dǎo)致對象申請內(nèi)存失敗,導(dǎo)致觸發(fā)GC了,那么如何解決這種問題呢?
解決的思路就是把Young區(qū)的對象按順序放好,所以就產(chǎn)生了一個(gè)方法,把Young區(qū)再次劃分一下,分為2個(gè)區(qū):Eden區(qū)和Survivor區(qū)。具體操作是:一個(gè)對象來了之后,先分配到Eden區(qū),Eden區(qū)滿了之后,觸發(fā)GC,經(jīng)過GC之后,為了防止空間不連續(xù),把幸存下來的對象復(fù)制到Survivor區(qū),然后Eden區(qū)就可以完整清理掉了,當(dāng)然這么做是有一個(gè)前提的,就是大部分對象都是生命周期極短的,基本一次垃圾回收就可以把Eden區(qū)大部分對象回收掉(這個(gè)前提是經(jīng)過測試總結(jié)得到的)。
觸發(fā)GC的時(shí)候Survivor區(qū)也會一起回收,并不是說單獨(dú)只觸發(fā)Eden區(qū),但是這樣問題又來了,Eden區(qū)是保證空間基本連續(xù)了,但是Survivor區(qū)又可能產(chǎn)生空間碎片,導(dǎo)致不連續(xù)了,所以就又把Survivor區(qū)給一分為二了:這個(gè)時(shí)候工作流程又變成這樣了:首先還是在Eden區(qū)分配空間,Eden區(qū)滿了之后觸發(fā)GC,GC之后把幸存對象 復(fù)制到S0區(qū)(S1區(qū)是空的),然后繼續(xù)在Eden區(qū)分配對象,再次觸發(fā)GC之后如果發(fā)現(xiàn)S0區(qū)放不下了(產(chǎn)生空間碎片,實(shí)際還有空間),那么就把S0區(qū)對象復(fù)制到S1區(qū),并把幸存對象也復(fù)制到S1區(qū),這時(shí)候S0區(qū)是空的了,并依次反復(fù)操作,假如說S0區(qū)或者S1區(qū)空間對象復(fù)制移動了之后還是放不下,那就說明這時(shí)候是真的滿了,那就去老年區(qū)借點(diǎn)空間過來(這就是擔(dān)保機(jī)制,老年代需要提供這種空間分配擔(dān)保),假如說老年區(qū)空間也不夠了,那就會觸發(fā)Full GC,如果還是不夠,那就會拋出OutOfMemeoyError異常了。
注意:為了確保S0和S1兩個(gè)區(qū)域之間每次復(fù)制都能順利進(jìn)行,S0和S1兩個(gè)區(qū)的大小必須要保持一致,而且同一時(shí)間有一個(gè)區(qū)域一定是空的。雖然說這種做法是會導(dǎo)致了一小部分空間的浪費(fèi),但是綜合其他性能的提升來說,是值得的。
Old區(qū)
當(dāng)Young區(qū)的對象達(dá)到設(shè)置的分代年齡之后,對象會進(jìn)入Old區(qū),Old區(qū)滿了之后會觸發(fā)Full GC,如果還是清理不掉空間,那么就拋出OutOfMemeoyError異常。
名詞掃盲
上面提到了很多新的名詞,而實(shí)際上很多這種名詞還有其他叫法,這個(gè)還是覺得有必要了解一下。
垃圾回收:簡稱GC。
Minor GC:針對新生代的GC
Major GC:針對老年代的GC,一般老年代觸發(fā)GC的同時(shí)也會觸發(fā)Minor GC,也就等于觸發(fā)了Full GC。
Full GC:新生代+老年代同時(shí)發(fā)生GC。
Young區(qū):新生代
Old區(qū):老年代
Eden區(qū):暫時(shí)沒發(fā)現(xiàn)有什么中文翻譯(伊甸園?)
Surcivor區(qū):幸存區(qū)
S0和S1:也稱之為from區(qū)和to區(qū),注意from和to兩個(gè)區(qū)是不斷互換身份的,且S0和S1一定要相等,并且保證一塊區(qū)域是空的
一個(gè)對象的人生軌跡圖
從上面的介紹大家應(yīng)該有一個(gè)大致的印象,一個(gè)對象會在Eden區(qū),S0區(qū),S1區(qū),Old區(qū)不斷流轉(zhuǎn)(當(dāng)然,一開始就會被回收的短命對象除外),我們可以得到下面的一個(gè)流程圖:
到此,關(guān)于“new Object()占用的字節(jié)是多少”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了,希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí),快去試試吧!若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識,請繼續(xù)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站,小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章!