1、-XX:FieldsAllocationStyle

對(duì)象在內(nèi)存中的布局首要相關(guān)配置就是FieldsAllocationStyle，這個(gè)配置有3個(gè)可選值，即0、1、2。當(dāng)值為2的時(shí)候，會(huì)經(jīng)過一些邏輯判斷最終轉(zhuǎn)化為0或者1.

• -XX:FieldsAllocationStyle=0 表示先分配對(duì)象，然后再按照double/long、ints、chars/shorts、bytes/booleans的順序分配其他字段，也就是類中聲明的相同寬度的字段總是會(huì)被分配在一起，而相同寬度字段的順序則是它們?cè)赾lass文件中聲明的順序。-
• XX:FieldsAllocationStyle=1表示先按照double/long、ints、chars/shorts、bytes/booleans的順序分配屬性，然后再分配對(duì)象，分配過程中的其他原則上面為0時(shí)是保持一致的，同時(shí)這也是JVM默認(rèn)的分配策略。

當(dāng)然，上面這2種分配策略只是針對(duì)大部分正常情況而言，有以下幾種情況是會(huì)有所區(qū)別的(只是有部分區(qū)別，大致是沒有問題的)

• 如果是特定的類、例如基本類型的包裝類、String、Class、ClassLoader、軟引用等類，會(huì)先分配對(duì)象，然后再按照double/long、ints、chars/shorts、bytes/booleans的順序分配，同時(shí)-XX:+CompactFields和-XX:FieldsAllocationStyle=1都不會(huì)生效。
• 如果配置-XX:+CompactFields，會(huì)將ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops的順序?qū)⒆侄翁畛涞綄?duì)象頭信息與字段起始偏移位置的間隙中去
• 如果當(dāng)前類或者類中使用了注解@sun.misc.Contended, 也會(huì)打亂上述布局

其他：

由于在計(jì)算對(duì)象字段的布局(字段基于對(duì)象起始位置的偏移量)時(shí)，當(dāng)前類上述各種類型變量的個(gè)數(shù)是已知的，所以每種類型的起始偏移量就可以通過計(jì)算得到，如下：

next_nonstatic_word_offset  = next_nonstatic_double_offset +
                                (nonstatic_double_count * BytesPerLong);
next_nonstatic_short_offset = next_nonstatic_word_offset +
  (nonstatic_word_count * BytesPerInt);
next_nonstatic_byte_offset  = next_nonstatic_short_offset +
  (nonstatic_short_count * BytesPerShort);
next_nonstatic_padded_offset = next_nonstatic_byte_offset +
  nonstatic_byte_count;

而對(duì)于oops對(duì)象的偏移量處理會(huì)比較特殊，如果-XX:FieldsAllocationStyle=0, 那么oops的偏移量起始位置就為對(duì)象頭之后，如果-XX:FieldsAllocationStyle=1, 則會(huì)進(jìn)行下列處理，使得next_nonstatic_padded_offset與heapOopSize是對(duì)齊的。如下：

// let oops jump before padding with this allocation style
if( allocation_style == 1 ) {
  next_nonstatic_oop_offset = next_nonstatic_padded_offset;
  if( nonstatic_oop_count > 0 ) {
    next_nonstatic_oop_offset = align_size_up(next_nonstatic_oop_offset, heapOopSize);
  }
  next_nonstatic_padded_offset = next_nonstatic_oop_offset + (nonstatic_oop_count * heapOopSize);
}

同時(shí)由于這個(gè)oops補(bǔ)齊操作以及計(jì)算完所有字段的偏移量之后，會(huì)再進(jìn)行補(bǔ)齊操作，與heapOopSize進(jìn)行對(duì)齊，heapOopSize在開啟和關(guān)閉壓縮指針的情況下，值分表為4和8。

2、-XX:CompactFields

-XX:CompactFields表示是否將對(duì)象中較窄的數(shù)據(jù)插入到間隙中，-XX:+CompactFields表示插入，-XX:-CompactFields則是不插入。默認(rèn)JVM是開啟插入的。

那么這兒就要討論一下為什么會(huì)插入，以及怎么插入？

首先需要了解Java對(duì)象的大致內(nèi)存布局，最開始的一塊區(qū)域存放對(duì)象標(biāo)記以及元數(shù)據(jù)指針，然后才是實(shí)例數(shù)據(jù)，如下圖所示：

它們分別對(duì)應(yīng)普通對(duì)象與數(shù)組對(duì)象在內(nèi)存中的布局。由于對(duì)象字段布局是在Class文件解析的時(shí)候計(jì)算的，而數(shù)組類沒有對(duì)應(yīng)的Class文件，所以數(shù)組對(duì)象的布局這兒不做討論。

繼續(xù)回到剛剛的話題，將對(duì)象中較窄數(shù)據(jù)的插入間隙，可以細(xì)分為2種情況

• 當(dāng)前類沒有父類或者是父類中沒有實(shí)例數(shù)據(jù)，此時(shí)會(huì)將實(shí)例數(shù)據(jù)前的對(duì)象標(biāo)記和對(duì)象元數(shù)據(jù)指針按照8字節(jié)對(duì)齊，如上圖所示，在開啟壓縮指針的情況下，對(duì)齊前占用12個(gè)字節(jié)，對(duì)齊后到16字節(jié)，此時(shí)存在4個(gè)字節(jié)的間隙，那么會(huì)將類中存在的字段按照 ints、chars/shorts、bytes/booleans、oops的順序進(jìn)行填充，直到將間隙填充完畢，由于對(duì)齊之后的間隙要么是0，要么是4，所以填充間隙最多1個(gè)ints、2個(gè)chars/shorts、4個(gè)bytes/booleans、1個(gè)oops。
• 當(dāng)前類存在父類，并且父類中存在實(shí)例數(shù)據(jù)，此時(shí)會(huì)將實(shí)例數(shù)據(jù)前的對(duì)象標(biāo)記和對(duì)象元數(shù)據(jù)指針 + 父類的實(shí)例數(shù)據(jù)大小按照8字節(jié)對(duì)齊，然后再進(jìn)行填充，由于整個(gè)類在計(jì)算完所有字段偏移之后，會(huì)再與heapOopSize進(jìn)行對(duì)齊，所以父類的實(shí)例數(shù)據(jù)大小肯定是heapOopSize的倍數(shù)，也就是與第一種情況類似，不同的是，子類中的字段屬性需要在父類字段之后進(jìn)行分配。

最終可以得到如下圖所示：

間隙插入受-XX:CompactFields影響外，還受到配置-XX:-UseCompressedOops的影響，回到上面的對(duì)齊，在開啟壓縮指針的情況下，元數(shù)據(jù)指針占8個(gè)字節(jié)，這時(shí)候按照上面的細(xì)分情況1，也就不存在對(duì)齊了，而細(xì)分的情況二，由于父類在計(jì)算完字段偏移量之后會(huì)與heapOopSize對(duì)齊，heapOopSize在開啟壓縮指針的情況下為jintSize， 關(guān)閉的情況下為oopSize，分別對(duì)應(yīng)4和8, 也就是關(guān)閉壓縮指針的情況下，無論如何都不會(huì)發(fā)生間隙插入。

3、@sun.misc.Contended

@sun.misc.Contended也會(huì)影響對(duì)象在內(nèi)存中的布局，這個(gè)注解是為了解決偽共享(False Sharing)的問題，關(guān)于偽共享的問題這兒就不講解了。

@sun.misc.Contended 可以用于修飾類、也可以用于修飾字段。

對(duì)于在類上的修飾來講，會(huì)在2個(gè)地方增加ContendedPaddingWidth，這個(gè)變量值為128。

一個(gè)地方是對(duì)象標(biāo)記和元數(shù)據(jù)指針 + 父類實(shí)例數(shù)據(jù)(當(dāng)前可能沒有父類實(shí)例數(shù)據(jù))之后 + ContendedPaddingWidth，然后再與8位進(jìn)行對(duì)齊，另一個(gè)地方是，所有的非Contended實(shí)例字段偏移量計(jì)算完畢后，再加上ContendedPaddingWidth。

處理完類，接下來是字段，這兒的字段偏移量計(jì)算跟上面不一樣，并沒有按照double/long、ints、chars/shorts、bytes/booleans的順序來，而是按照@sun.misc.Contended對(duì)應(yīng)的group來進(jìn)行計(jì)算，相同group的字段會(huì)放在一起，不同group的字段之間會(huì)以ContendedPaddingWidth來隔開，這兒比較特殊的情況是默認(rèn)分組，默認(rèn)分組為0，這個(gè)分組對(duì)應(yīng)的每個(gè)字段在計(jì)算完偏移量之后都會(huì)加上ContendedPaddingWidth。所以@sun.misc.Contended修飾的字段布局如下圖所示：

同時(shí)在計(jì)算每個(gè)字段偏移前，會(huì)使當(dāng)前的偏移量與當(dāng)前字段類型所對(duì)應(yīng)的字節(jié)數(shù)對(duì)齊，例如int，當(dāng)前偏移量會(huì)以4字節(jié)進(jìn)行對(duì)齊，對(duì)齊之后的偏移量為當(dāng)前int字段的偏移量。

4、靜態(tài)字段的偏移量計(jì)算

靜態(tài)字段的偏移量計(jì)算不受-XX:FieldsAllocationStyle和-XX:CompactFields的影響，會(huì)直接按照

oops、double/long、ints、chars/shorts、bytes/booleans的順序進(jìn)行偏移量的計(jì)算。

同時(shí)給靜態(tài)字段 加上@sun.misc.Contended不會(huì)起到任何作用。

5、示例

5.1、-XX:FieldsAllocationStyle

測(cè)試代碼：

final class NoChild {
    private Boolean value = Boolean.TRUE;
    private byte b;
    private int i;
}

@Test
public void test() {
  declaredFields = NoChildContended.class.getDeclaredFields();
  for (Field field : declaredFields) {
    if (Modifier.isStatic(field.getModifiers())) {
      long offset = unsafe.staticFieldOffset(field);
      System.out.println(field.getDeclaringClass().getName() + " static field " + field.getName() + 					" offset is " + offset);
    } else {
      long offset = unsafe.objectFieldOffset(field);
      System.out.println(field.getDeclaringClass().getName() + " field " + field.getName() + " 						offset is " + offset);
    }
  }
}

運(yùn)行結(jié)果：

-XX:FieldsAllocationStyle=0 -XX:-UseCompressedOops
//可以看到對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)順序?yàn)関alue、int、byte，這兒由于沒有開啟指針壓縮，所以對(duì)象引用占了8個(gè)字節(jié)。
org.yamikaze.NoChild field value offset is 16
org.yamikaze.NoChild field b offset is 28
org.yamikaze.NoChild field i offset is 24
-XX:FieldsAllocationStyle=1 -XX:-UseCompressedOops
//可以看到先分配 int變量 i，其次byte變量 b，最后才是對(duì)象 value
//這兒的byte變量b偏移是20，占用大小1字節(jié)，而經(jīng)過對(duì)齊之后，會(huì)產(chǎn)生3個(gè)字節(jié)的align
org.yamikaze.NoChild field value offset is 24
org.yamikaze.NoChild field b offset is 20
org.yamikaze.NoChild field i offset is 16

5.2、-XX:CompactFields

測(cè)試代碼：

class Parent {
    private long value;
    private int j;
    private byte b;
}

class Child2 extends Parent {
    private byte d;
    private long a;
    private int f;
}

@Test
public void test() {
  
  Child2 c = new Child2();
  Unsafe unsafe = UnSafeUtils.getUnsafe();
  Field[] declaredFields = c.getClass().getSuperclass().getDeclaredFields();
  for (Field field : declaredFields) {

    if (Modifier.isStatic(field.getModifiers())) {
      long offset = unsafe.staticFieldOffset(field);
      System.out.println(field.getDeclaringClass().getName() + " static field " + field.getName() + 				" offset is " + offset);
    } else {
      long offset = unsafe.objectFieldOffset(field);
      System.out.println(field.getDeclaringClass().getName() + " field " + field.getName() + " 						offset is " + offset);
    }
  }

  declaredFields = c.getClass().getDeclaredFields();
  for (Field field : declaredFields) {
    if (Modifier.isStatic(field.getModifiers())) {
      long offset = unsafe.staticFieldOffset(field);
      System.out.println(field.getDeclaringClass().getName() + " static field " + field.getName() + 				" offset is " + offset);

    } else {
      long offset = unsafe.objectFieldOffset(field);
      System.out.println(field.getDeclaringClass().getName() + " field " + field.getName() + " 					offset is " + offset);
    }
  }
}

測(cè)試結(jié)果：

-XX:+CompactFields -XX:+UseCompressedOops
//可以看到子類Child2的變量f并沒有按照double/long、ints、shorts/chars、bytes/booleans的順序計(jì)算偏移量，
//而是插入到了間隙里面
org.yamikaze.Parent field value offset is 16
org.yamikaze.Parent field j offset is 12
org.yamikaze.Parent field b offset is 24
org.yamikaze.Child2 field d offset is 40
org.yamikaze.Child2 field a offset is 32
org.yamikaze.Child2 field f offset is 28
-XX:-CompactFields -XX:+UseCompressedOops
//由于關(guān)閉了CompactFields，所以變量f的按照上面的順序進(jìn)行偏移量計(jì)算
org.yamikaze.Parent field value offset is 16
org.yamikaze.Parent field j offset is 24
org.yamikaze.Parent field b offset is 28
org.yamikaze.Child2 field d offset is 44
org.yamikaze.Child2 field a offset is 32
org.yamikaze.Child2 field f offset is 40

5.3、Contended

測(cè)試代碼：

@Contended
final class NoChildContended {

    private byte b;

    @Contended("aaa")
    private double value;

    @Contended("bbb")
    private int value1;
}

@Test
public void test() {
  declaredFields = NoChildContended.class.getDeclaredFields();
  for (Field field : declaredFields) {

    if (Modifier.isStatic(field.getModifiers())) {
      long offset = unsafe.staticFieldOffset(field);
      System.out.println(field.getDeclaringClass().getName() + " static field " + field.getName() + " offset is " + offset);

    } else {
      long offset = unsafe.objectFieldOffset(field);
      System.out.println(field.getDeclaringClass().getName() + " field " + field.getName() + " offset is " + offset);
    }
  }
}

測(cè)試結(jié)果：

-XX:-RestrictContended
同分組時(shí)：
org.yamikaze.NoChildContended field b offset is 140
org.yamikaze.NoChildContended field value offset is 272
org.yamikaze.NoChildContended field value1 offset is 280
不同分組(默認(rèn)分組)：
org.yamikaze.NoChildContended field b offset is 140
org.yamikaze.NoChildContended field value offset is 272
org.yamikaze.NoChildContended field value1 offset is 408

可以看到，由于Class上有@sun.misc.Contended注解修飾，導(dǎo)致byte變量的偏移量很大(12 + 128) 同樣byte變量之后的value，偏移量再次增加了128，達(dá)到272(141 + 128 = 269然后與4字節(jié)對(duì)齊得到272)，然后相同分組的value1緊跟著value，而在不同分組的情況下，value1和value之間又隔了128。

6、其他

6.1、通過Unsafe獲取實(shí)例字段和靜態(tài)字段的偏移量

//實(shí)例字段
unsafe.objectFieldOffset(field);
//靜態(tài)字段
unsafe.staticFieldOffset(field);

6.2、Unsafe是如何進(jìn)行實(shí)例字段和靜態(tài)字段偏移量的獲取，以及如何通過CAS操作改變值

回到上文的偏移量計(jì)算，在經(jīng)過計(jì)算后，每個(gè)字段相對(duì)于對(duì)象頭的偏移量都是已知的，這個(gè)偏移量會(huì)保存到字段信息里面去，那么獲取字段偏移量也很簡單，直接拿到字段相關(guān)信息取得offset即可，而通過CAS操作改變字段的值也很簡單，當(dāng)前對(duì)象指針加上字段偏移量就是當(dāng)前字段在內(nèi)存中的地址，直接通過指針更字段值即可。

到此這篇關(guān)于Java對(duì)象在內(nèi)存中的布局是如何實(shí)現(xiàn)的?的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java對(duì)象在內(nèi)存中的布局內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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