目录
- 前言
- 创建对象过程
- 对象布局
- 普通对象
- 数组对象
- 如何观察 Object 大小
- 对象头组成部分
- 对象如何定位
- 对象如何分配
- 总结
前言
上下文提及到了类的加载过程，详细介绍了加载类的每个阶段：Loading、Linking、Initialize，在其中也说明了静态变量赋值顺序 > 先赋予默认值、在 Initialize 初始化阶段赋予初始值
从类加载到双亲委派：深入解析类加载机制与 ClassLoader
该篇文章会详细实例对象的创建过程、对象如何布局、对象头包括哪些内容以及对象如何定位、分配等
创建对象过程
创建对象的过程如下：
- 创建一个对象：new Obj()，第一步把 class 文件 loading 进内存中
- 第二步：Linking 链接阶段，分为三部分进行：Verification 校验文件是否符合 class 格式（CAFE BABY）、Preparation 将类的静态变量赋默认值、Resolution 将符号引用解析为直接引用
- 第三步：Initialize 初始化阶段将类的静态变量设置初始值，同时执行静态代码块语句
- 申请对象内存，成员变量赋默认值
- 调用构造方法：成员变量按顺序赋初始值、执行构造方法的代码块
创建对象需要预先申请好内存，成员变量再赋默认值，然后再调用构造方法时，先会将成员变量按顺序进行赋予初始值，再后来才调用构造方法 > 第一句先通过 super() 方法调用父类
对象布局
观察虚拟机默认配置：java -XX:+PrintCommandLineFlags -version
-XX:InitialHeapSize=23891840 -XX:MaxHeapSize=382269440 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops
作为内存布局的对象分为两种：
1、普通对象
2、数组对象
普通对象
普通对象内部有几个重要的概念组成部分，如下：
- 对象头：包含了 Mark Word 标记字及 Klass Pointer 类型指针，长度为 8 字节
Mark Word 标记字，长度为 8 字节
ClassPointer 指针，开启：-XX:+UseCompressedClassPointers 参数后会压缩为 4 字节，不开启为 8 字节
- 实例数据，开启：-XX:+UseCompressedOops 参数后，开启时引用类型为 4 字节，不开启时为 8 字节
- 填充对齐，Padding 填充必须是 8 的整数倍
数组对象
数组对象内部有几个重要的概念组成部分，如下：
- 对象头：包含了 Mark Word 标记字及 Klass Pointer 类型指针，同普通对象一样
- 数组长度占用为 4 字节
- 数组数据
- 填充对齐，Padding 填充必须是 8 的整数倍
数组对象对比普通对象多了数组长度
如何观察 Object 大小
1、创建一个 Agent 代理类，获取对象大小
import java.lang.instrument.Instrumentation;
/**
* @author vnjohn
* @since 2023/06/26
*/
public class ObjectSizeAgent {
/**
* Java 内部字节码处理调试叫为 Instrumentation（调弦），所以我们在代理装到我们 JVM 时候可以截获这个 Instrumentation
*/
private static Instrumentation inst;
/**
* 必须要有 premain 函数参数也是固定的,第二个就是 Instrumentation
* 这个是虚拟机调用的它会帮我们初始化 instrumentation，所以调用 getObjectSize 方法才不会空指针
*/
public static void premain(String agentArgs,Instrumentation _inst){
inst = _inst;
}
public static long sizeOf(Object o){
return inst.getObjectSize(o);
}
}
2、在 META-INF 目录下，创建 MANIFEST.MF 文件，设置版本、主函数调用前要执行的方法，如下：
Manifest-Version: 1.0
Created-By: vnjohn
Premain-Class: com.vnjohn.jvm.agent.ObjectSizeAgent
3、在 maven build 节点下引入自定义的 MANIFEST 配置，如下：
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-jar-plugin</artifactId>
<configuration>
<archive>
<manifestFile>src/META-INF/MANIFEST.MF</manifestFile>
</archive>
</configuration>
</plugin>
</plugins>
</build>
4、将其打包成 jar 包，再其他存在主函数的项目中引入该依赖，如下：
<dependency>
<groupId>org.vnjohn</groupId>
<artifactId>object-size-agent</artifactId>
<version>1.0.0-SNAPSHOT</version>
</dependency>
5、编写测试类代码（可自行调整你想知道某个类的大小）先调整启动参数，如下：
-javaagent:/Users/vnjohn/repository/org/vnjohn/object-size-agent/1.0.0-SNAPSHOT/object-size-agent-1.0.0-SNAPSHOT.jar
/**
* @author vnjohn
* @since 2023/6/26
*/
public class SizeOfAnObject {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new Object()));
System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new int[]{}));
System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new OrdinaryObject()));
}
// 一个 Object 占多少个字节
// Oops = ordinary object pointers 普通对象指针
private static class OrdinaryObject {
// 8 _markword
// 4 _class pointer
int id; // 4
String name; // 4
int age; // 4
byte b1; // 1
byte b2; // 1
Object o; // 4
byte b3; // 1
}
}
具体更多的源码及介绍，可以阅览 GitHub 仓库：object-size-agent.git
当我们要评估临时扩容方案时，都需要计算好对应实体所具体要占用的大小，以此来作为测试基准，做规划来定下最终要扩容的服务器大小及数量！！！
对象头组成部分
对象头组成部分，可以看 HotSpot 内核源码中 Mark Word 结构，在 markOop.hpp 文件中，截取一部分源码的注释部分，如下：
// 32 bits:
// --------
// hash:25 ------------>| age:4 biased_lock:1 lock:2 (normal object)
// JavaThread*:23 epoch:2 age:4 biased_lock:1 lock:2 (biased object)
// size:32 ------------------------------------------>| (CMS free block)
// PromotedObject*:29 ---------->| promo_bits:3 ----->| (CMS promoted object)
//
// 64 bits:
// --------
// unused:25 hash:31 -->| unused:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (normal object)
// JavaThread*:54 epoch:2 unused:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (biased object)
// PromotedObject*:61 --------------------->| promo_bits:3 ----->| (CMS promoted object)
// size:64 ----------------------------------------------------->| (CMS free block)
//
// unused:25 hash:31 -->| cms_free:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (COOPs && normal object)
// JavaThread*:54 epoch:2 cms_free:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (COOPs && biased object)
// narrowOop:32 unused:24 cms_free:1 unused:4 promo_bits:3 ----->| (COOPs && CMS promoted object)
// unused:21 size:35 -->| cms_free:1 unused:7 ------------------>| (COOPs && CMS free block)
以 64 bits 位为例，如下表：
为什么 GC 年龄默认设置为 15？
当我们使用 PS 垃圾回收器时，它默认的从年轻代升到老年代的年龄为 15，因为只有 4 bit 来表示分代年龄，最大二进制为：1111=8+4+2+1=15，所以说最大年龄也就只有 15
对象如何定位
当 new 出来一个对象，比如：new OrdinaryObject()，那么这个对象是如何被定位到的呢？
创建对象自然是为了后续使用该对象，在我们 Java 程序会通过栈上的 reference 数据来操作堆上的具体对象；由于 reference 类型在《Java 虚拟机规范》里面只是规定了它是一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过什么方式去定位；对象具体使用什么定位方式是由虚拟机实现而决定的，主流的对象定位方式主要有两种：句柄、直接指针
句柄：若使用句柄访问的话，Java 堆中将会划分一块内存来作为句柄池，reference 存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据、类型数据各自的地址信息
直接指针：若使用直接指针访问的话，Java 堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置类型数据的相关信息，reference 中直接存储的就是对象地址，若只是访问对象本身而不是对象类型数据的话，那么就不需要多一次的间接访问开销
这两种对象定位方式各有优劣，如下：
- 使用句柄来访问的最大好处就是 reference 中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而 reference 本身不需要被修改
GC 回收时效率会比较高
- 使用直接指针来访问的最大好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于对象访问在 Java 中非常频繁，因此这类开销积少成多也是一项极为可观的执行成本，主要的虚拟机 HotSpot 就采用了这种方式进行对象访问
对象如何分配
图解过程，如下：
- 当 new 一个对象时，先往栈上分配，若栈上能分配就分配在栈上，当栈上弹出后对象就没了
作用于方法作用域下的对象，非本地缓存
- 若栈上无法分配，判断对象是否足够大，对象特别大时直接分配到堆中的老年代中
- 若对象不足够大，优先进行线程本地分配（TLAB：Thread Local Allocation Buffer）线程本地缓冲区能分配下就进行分配
- 线程本地缓冲区分配不下就分配到伊甸区，然后进行 GC 回收过程
- GC 分代年龄到了（最大为 15）直接进入到老年代，若年龄不到将一直在年轻代中 YGC 来 YGC 去，直接对象被回收或者年龄足够满足到达老年代
以上的过程就是所谓的对象分配
总结
该篇博文讲解了创建对象过程的几个核心步骤，剖析了对象内部是如何布局 > 普通对象、数组对象，通过了一个简单的案例来如何统计一个 Object 所占的字节大小，对象头组成部分：Mark Word、Class Pointer，介绍了对象定位的两种方式：句柄池、直接指针，最后，简要说明了对象如何分配的过程；希望你能喜欢，帮助到你是莫过于最开心的事了！
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