聊聊高并发（四）Java对象的表示模型和运行时内存表示

在继续了解Java内存模型之前，最好先理解Java对象的内存表示。在网上搜了下Java对象内存表示，说得都不够系统和到位。之前看了《Hotspot实战》一书，对JVM如何表示对象这块说得挺好，推荐一下。如果不理解JVM运行时的各种内存区域以及Java调用的过程，那么很难把Java内存模型理解到位。这个是一个比较大的主题，以后会陆续写一些JVM相关的。这里单把Java对象的内存拿出来聊聊，文中内容都基于Hotspot虚拟机。

Hotspot主要是用C++写的，所以它定义的Java对象表示模型也是基于C++实现的。

Java对象的表示模型叫做“OOP-Klass”二分模型，包括两部分:

1. OOP，即Ordinary Object Point，普通对象指针。说实话这个名称挺难理解。说白了其实就是表示对象的实例信息

2. Klass，即Java类的C++对等体，用来描述Java类，包含了元数据和方法信息等

一个Java对象就包括两部分，数据和方法，分别对应到OOP和Klass。最简单的理解就是如果让你自己用Java语言来开发一套新的语言，你如何来表示这个新的语言的对象呢。肯定也是类似的思路，一个模块是用Java类来实现表示数据的部分，一个模块是用Java类实现表示方法和元数据的部分。

JVM运行时加载一个Class时，会在JVM内部创建一个instanceKlass对象，表示这个类的运行时元数据。创建一个这个Class的Java对象时，会在JVM内部相应的创建一个instanceOop来表示这个Java对象。熟悉JVM的同学可以明白，instanceKlass对象放在了方法区，instanceOop放在了堆，instanceOop的引用放在了JVM栈。

JVM是基于栈来运行的，当一个线程调用一个对象的方法时，会在它的JVM栈的栈顶创建一个栈帧（Frame）的数据结构，这个数据结构是用来保存方法的局部变量，操作数栈，动态连接和方法返回值的。通过参数传递的值和在方法中new出来的对象的引用都保持在局部变量表里面。

Java的方法调用是值传递，不是引用传递，原因就在这里，传递进来的参数相当于在局部变量表里面拷贝了一份，实际计算时，操作数栈操作的是局部变量变量里面的值，而不是外部的变量。



在堆中创建的Java对象实际只包含数据信息，它包含三部分：

1. 对象头，也叫Mark Word

2. 元数据指针，可以理解为类对象指针，指向方法区的instanceKlass实例

3. 实例数据

如果是数据对象的话，还多了一个部分，就是数组长度。



对象头主要存储对象运行时记录信息，如hashcode, GC分代年龄，锁状态标志，偏向线程ID，偏向时间戳等。对象头的长度和JVM的字长一致，比如32位JVM的对象头是32位，64位JVM的对象头是64位。

这里可以看到，所谓的给一个对象加锁，其实就是设置了对象头某些位。当其他线程看到这个对象的状态是加锁状态后，就等待释放锁。

在方法区的instanceKlass对象相当于Class加载后创建的运行时对象，它包含了运行时常量池，字段，方法等元数据，当调用一个对象的方法时，如上面的图所示，实际定位到了方法区的instanceKlass对象的方法元数据。

下面我们通过一个实例，使用HSDB来看看运行时的instanceKlass和instanceOop到底是什么样的。在方法区

创建一个Person类，有name, age, sex实例属性，有一个sayHi方法

package main;

public class Person {
    private String name;
    private int age;
    private boolean sex;
    
    public void sayHi(){
        System.out.println("Say hi from ITer_ZC");
    }
    
    public static void main(String[] args){
        Person p = new Person();
        p.sayHi();
        
        try {
            Thread.sleep(500000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

HSDB是一款内置与SA的GUI调试工具，集成了各种JVM监控工具，可以用来深入分析JVM内部状态。

启动HSDB:

java -cp ${J***A_HOME}/lib/sa-jdi.jar sun.jvm.hotspot.HSDB

运行Person，使用JPS查看进程ID



使用HSDB attach Person进程



Attach成功后看到21461进程里的各个子进程






在Class Browser里面找到Person对应的instanceKlass的运行时实例





在inspector里面查看0x000000077fc82328这个对象实例，我们可以看到instanceKlass的字段，方法，运行时常量池，父类，兄弟类等元数据信息





在Object Histogram里面找到main.Person对象





查看main.Person Oop的运行时实例





_mark就是对象头，接着是实例数据信息。HSDB没有显示类对象指针