深入理解JVM读书笔记（3）-对象的布局和访问

1. 对象的内存布局

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

1.1 对象头

对象头包含2部分的信息：第一部分用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码，GC分代年龄，锁状态标志，线程持有的锁，偏向线程ID，偏向时间戳等。这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机中分别为32bit和64bit，官方称它为Mark Word。

Mark Word会复用自己的存储空间。例如，在32位的HotSpot虚拟机中，如果对象处于未被锁定的状态下，则25bit用于存储对象哈希码，4bit用于存储对象分代年龄，2bit用于存储锁标志位，1bit固定为0。其状态下对象的存储内容如下：

JVM一般是这样使用锁和Mark Word的：

1. 当没有被当成锁时，这就是一个普通的对象，Mark Word记录对象的HashCode，锁标志位是01，是否偏向锁那一位是0。

2. 当对象被当做同步锁并有一个线程A抢到了锁时，锁标志位还是01，但是否偏向锁那一位改成1，前23bit记录抢到锁的线程id，表示进入偏向锁状态。

3. 当线程A再次试图来获得锁时，JVM发现同步锁对象的标志位是01，是否偏向锁是1，也就是偏向状态，Mark Word中记录的线程id就是线程A自己的id，表示线程A已经获得了这个偏向锁，可以执行同步锁的代码。

4. 当线程B试图获得这个锁时，JVM发现同步锁处于偏向状态，但是Mark Word中的线程id记录的不是B，那么线程B会先用CAS操作试图获得锁，这里的获得锁操作是有可能成功的，因为线程A一般不会自动释放偏向锁。如果抢锁成功，就把Mark Word里的线程id改为线程B的id，代表线程B获得了这个偏向锁，可以执行同步锁代码。如果抢锁失败，则继续执行步骤5。

5. 偏向锁状态抢锁失败，代表当前锁有一定的竞争，偏向锁将升级为轻量级锁。JVM会在当前线程的线程栈中开辟一块单独的空间，里面保存指向对象锁Mark Word的指针，同时在对象锁Mark Word中保存指向这片空间的指针。上述两个保存操作都是CAS操作，如果保存成功，代表线程抢到了同步锁，就把Mark Word中的锁标志位改成00，可以执行同步锁代码。如果保存失败，表示抢锁失败，竞争太激烈，继续执行步骤6。

6. 轻量级锁抢锁失败，JVM会使用自旋锁，自旋锁不是一个锁状态，只是代表不断的重试，尝试抢锁。从JDK1.7开始，自旋锁默认启用，自旋次数由JVM决定。如果抢锁成功则执行同步锁代码，如果失败则继续执行步骤7。

7. 自旋锁重试之后如果抢锁依然失败，同步锁会升级至重量级锁，锁标志位改为10。在这个状态下，未抢到锁的线程都会被阻塞。

对象头的另一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。如果对象是一个Java数组，那么对象头重还必须有一块用于记录数组长度的数据。该数据在32位和64位JVM中长度都是32bit。

1.2 实例数据

实例数据部分是对象真正存储的有效信息。这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中定义顺序的影响。HotSpot的分配策略中，相同宽度的字段总是被分配在一起，在这个前提下，在父类中定义的变量会出现在子类之前。

1.3 填充字段

这个字段不是必然存在的，仅仅是占位符。HotSpot虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍。对象头部分是8字节的整数倍。所以，当对象实例数据的部分没有对齐时候，就需要通过对齐填充来补全。

2. 对象的访问定位

对于reference类型的对象的访问，目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。

• 如果使用句柄，Java堆中将会划分出来一块内存作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址
  

• 直接指针访问，reference中存储的直接就是对象地址。

对比

使用句柄进行访问最大的好处就是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时智慧改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改。

使用直接指针的好处是速度更快，节省了一次指针定位的事件开销，HotSpot虚拟机使用的是直接指针的方式进行对象的访问。

3. 引用

https://blog.csdn.net/lkforce/article/details/81128115#3%EF%BC%8C%E6%95%B0%E7%BB%84%E9%95%BF%E5%BA%A6