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在Java中对象在内存中的布局是怎样的_Java对象结构说明

P粉602998670

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发布时间:2026-02-08 09:56:49

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来源于php中文网

原创

Java对象在堆内存中由对象头(含Mark Word和Class Pointer)、实例数据(按字段宽度降序排列)和对齐填充(Padding)三部分组成。

在java中对象在内存中的布局是怎样的_java对象结构说明

Java对象在堆内存中由哪几部分组成

Java对象在堆内存中不是一块连续的“裸数据”,而是有固定结构的布局,主要包括三块:对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)。这个结构由JVM规范约定,但具体实现(如HotSpot)有细节差异。

对象头又分为两部分:Mark Word(存储哈希码、GC分代年龄、锁状态等)和Class Pointer(指向该对象所属Class元数据的指针)。32位JVM下对象头通常8字节,64位默认12字节(开启指针压缩后也是12字节)。

  • 开启指针压缩(-XX:+UseCompressedOops,默认开启)时,Class Pointer占4字节;否则占8字节
  • Mark Word无锁状态下存哈希码(若未调用hashCode()则为0)、分代年龄(4位)、偏向锁标记等,共8字节(64位平台)
  • 实例数据按字段宽度从大到小排列long/doubleint/floatchar/shortbyte/boolean),以提升内存访问效率

为什么new出来的对象大小不等于字段大小之和

因为JVM要求对象起始地址必须是8字节的整数倍(即对象总大小需对齐到8字节边界),所以会在实例数据末尾补上若干字节的Padding。这是唯一原因——不是为了缓存行对齐,也不是为了GC效率,纯粹是HotSpot的内存分配策略要求。

例如:class A { byte a; },字段只占1字节,但对象实际占用16字节(对象头12字节 + 实例数据1字节 + 填充3字节 = 16字节)。

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  • Unsafe.objectFieldOffset()JOL(Java Object Layout)工具可验证真实布局
  • 数组对象额外多4字节长度字段(int类型),放在对象头之后、元素数据之前
  • 子类字段不会插入到父类字段中间,而是全部排在父类字段之后

对象头里的Mark Word内容会动态变化

Mark Word不是只读元数据,而是一个复用程度极高的“多用途字段”。它的语义取决于当前锁状态和是否调用过hashCode(),不同状态下各比特位含义完全不同。

  • 无锁状态且未调用hashCode():低3位为001(表示无锁),高31位可存identity hashcode(延迟计算)
  • 调用过System.identityHashCode()Object.hashCode():hashcode被写入Mark Word,后续不再重新计算
  • 轻量级锁:存储指向中锁记录的指针
  • 重量级锁:存储指向Monitor对象的指针
  • GC标记阶段:可能被替换成GC使用的标记位(如CMS中的Promotion Failure标记)

使用JOL查看真实对象布局的实操要点

别依赖IDE的“sizeof”插件或手动加总字段,直接用org.openjdk.jol:jol-core输出权威结果。它能反映当前JVM参数下的真实内存布局,包括是否开启指针压缩、是否启用压缩类指针等。

示例代码:

public class LayoutDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(VM.current().details());
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new Object()).toPrintable());
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new int[0]).toPrintable());
    }
}
  • 必须在目标JVM参数下运行(如-XX:+UseCompressedOops),否则结果不具参考性
  • ClassLayout.parseInstance()只能分析已创建的对象,不能分析类定义本身
  • 注意区分shallowSize(对象自身占用)和retainedSize(含引用对象的总大小)

对象布局细节高度依赖JVM实现和启动参数,同一段代码在不同JDK版本或GC算法下可能有差异,尤其涉及锁膨胀、ZGC的染色指针等场景时,Mark Word结构可能被彻底重定义。

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