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Java对象在内存中的布局分为三部分：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。

1. 对象头组成

1.1 Mark Word（标记字段）

存储对象的运行时数据，包括：

• 哈希码（HashCode）

• GC分代年龄（4位，所以最大年龄15）

• 锁状态标志（无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁、GC标记）

• 线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等

1.2 Klass Pointer（类型指针）

指向方法区中对象的类元数据（Class Metadata），JVM通过这个指针确定对象属于哪个类。

1.3 数组长度（仅数组对象有）

如果对象是数组，还需要记录数组的长度。

2. 不同架构下的对象头大小

32位JVM：

| Mark Word (32bits) | Klass Pointer (32bits) | [数组长度 (32bits)] | | 4字节 | 4字节 | 4字节（仅数组） |

64位JVM（未开启指针压缩）：

| Mark Word (64bits) | Klass Pointer (64bits) | [数组长度 (32bits)] | | 8字节 | 8字节 | 4字节（仅数组） |

64位JVM（开启指针压缩 -XX:+UseCompressedOops，默认开启）：

| Mark Word (64bits) | Klass Pointer (32bits) | [数组长度 (32bits)] | | 8字节 | 4字节 | 4字节（仅数组） |

3. Mark Word的具体结构

32位JVM的Mark Word布局：

|----------------------------------------------------------------------| | Mark Word (32 bits) | |----------------------------------------------------------------------| | identity_hashcode:25 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | state:00 | 无锁 | thread:23 | epoch:2 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | state:01 | 偏向锁 | ptr_to_lock_record:30 | state:00 | 轻量级锁 | ptr_to_heavyweight_monitor:30 | state:10 | 重量级锁 | |11 | GC标记 |----------------------------------------------------------------------|

64位JVM的Mark Word布局：

|------------------------------------------------------------------------------| | Mark Word (64 bits) | |------------------------------------------------------------------------------| | unused:25 | identity_hashcode:31 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | 无锁 | thread:54 | epoch:2 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | 偏向锁 | ptr_to_lock_record:62 | lock:2 | 轻量级锁 | ptr_to_heavyweight_monitor:62 | lock:2 | 重量级锁 | | lock:2 | GC标记 |------------------------------------------------------------------------------|

4. 锁状态在对象头中的表示

锁状态通过最后2-3位表示：

• 01：无锁/偏向锁（通过biased_lock位区分）

  • 001：无锁

  • 101：偏向锁

• 00：轻量级锁

• 10：重量级锁

• 11：GC标记

5. 代码示例：查看对象头

import org.openjdk.jol.info.ClassLayout; import org.openjdk.jol.vm.VM; public class ObjectHeaderDemo { public static void main(String[] args) { // 打印JVM详情 System.out.println(VM.current().details()); // 创建对象 Object obj = new Object(); // 查看对象布局 System.out.println("======= Object对象布局 ======="); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable()); // 数组对象 int[] array = new int[3]; System.out.println("======= 数组对象布局 ======="); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(array).toPrintable()); // 自定义对象 User user = new User(); System.out.println("======= 自定义对象布局 ======="); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(user).toPrintable()); } static class User { private int id; private String name; private boolean active; } }

6. 示例输出（简化版）

# 64位JVM，开启指针压缩 java.lang.Object object internals: OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE 0 4 (object header) # Mark Word前半部分 01 00 00 00 4 4 (object header) # Mark Word后半部分 00 00 00 00 8 4 (object header) # Klass Pointer e5 01 00 f8 12 4 (loss due to the next object alignment) # 对齐填充 Instance size: 16 bytes

7. 重要概念

7.1 指针压缩（Compressed Oops）

• 默认开启，将64位指针压缩为32位

• 可节省内存，提高缓存命中率

• 对象地址对齐到8字节倍数

7.2 对象对齐

• 对象总大小必须是8字节的倍数

• 不足部分用对齐填充补齐

7.3 对象头的实际使用

// 查看对象的hashCode（存储在对象头中） Object obj = new Object(); int hashCode = obj.hashCode(); // 从对象头获取 // synchronized使用对象头中的锁信息 synchronized(obj) { // 锁信息记录在对象头中 }

8. 工具

• JOL（Java Object Layout）：OpenJDK提供的对象布局分析工具

<dependency> <groupId>org.openjdk.jol</groupId> <artifactId>jol-core</artifactId> <version>0.16</version> </dependency>

总结

Java对象头是理解Java对象内存布局、锁机制、GC机制的基础。不同的JVM实现可能有细微差异，但基本结构相似。通过理解对象头，可以更好地优化内存使用和理解并发机制。