Java物件的記憶體佈局
1 前言
新建物件的方式：
Object。clone，反序列化直接複製已有資料，初始化新建物件的例項欄位
Unsafe。allocateInstance沒有初始化例項欄位
new
反射new和反射機制，都是透過呼叫構造器來初始化例項欄位
如new編譯而成的位元組碼包含：
請求記憶體的new指令
呼叫構造器的invokespecial指令
若一個類未定義任何構造器， 則Java編譯器會自動新增一個無參構造器：
但子類構造器需呼叫父類構造器：
若父類存在無參構造器，該呼叫可以是隱式，即Java編譯器會自動新增對父類構造器的呼叫
若父類沒有無參構造器，則子類構造器需顯式呼叫父類帶參構造器
顯式呼叫又可分為：
super關鍵字呼叫父類構造器
this關鍵字呼叫同一類中的其它構造器
都要作為構造器的第一條語句，以優先初始化繼承得的父類欄位。（但這也能透過呼叫其他生成引數的方法或位元組碼注入來繞開）
呼叫一個構造器時，優先呼叫父類構造器，直至Object類。這些構造器的呼叫者皆為同一物件，即透過new指令新建而來的物件。透過new指令新建的物件，其記憶體含所有父類例項欄位。雖子類無法訪問父類private例項欄位或子類的例項欄位隱藏了父類的同名例項欄位，但子類例項還是會為這些父類例項欄位分配記憶體。
那這些欄位在記憶體如何分佈的呢？
2 壓縮指標
JVM，每個Java物件都有物件頭（object header），由標記欄位和型別指標構成：
標記欄位，儲存JVM有關該物件的執行資料，如雜湊碼、GC資訊及鎖資訊
型別指標，指向該物件的類
64位JVM，物件頭的標記欄位佔64位，型別指標又佔64位。每個Java物件在記憶體中額外開銷就是16位元組。Integer類僅有一個int型別私有欄位，佔4位元組。因此，每個Integer物件額外記憶體開銷至少400%。這也是引入基本型別的原因之一。
為降低物件記憶體使用量，64位JVM引入壓縮指標［1］（對應虛擬機器選項-XX：+UseCompressedOops，預設開啟），將堆中原本64位的Java物件指標壓縮成32位。
這樣，物件頭中的型別指標也會被壓縮成32位，使物件頭大小從16位元組降至12位元組。
2。1 作用範圍
物件頭的型別指標
引用型別的欄位
引用型別陣列
2。2 原理
路上全是房車，而且每輛房車恰好佔據兩個停車位。按序編號，停在0號和1號停車位上的叫0號車，停在2號和3號停車位上的叫1號車，依次類推。
原本記憶體定址用車位號。如我有一個值為6的指標，代表第6車位，沿這指標可找到3號車。
規定指標裡存的值是車號，如3指代3號車。當查詢3號，可將該指標值乘2，再沿著6號車位找到3號車。
這樣32位壓縮指標最多可標記2的32次方輛車，對應著2的33次方個車位。房車也有大小之分。大房車佔據車位可能是三個甚至是更多。不過這並不會影響定址演算法：只需跳過部分車號，便可保持原本車號*2的定址系統。
上述模型有一個前提，就是每輛車都從偶數號車位停起。這稱為記憶體對齊（對應虛擬機器選項-XX：ObjectAlignmentInBytes，預設值為8）。
預設Java虛擬機器堆中物件起始地址需對齊至8倍數。如一個物件用不到8N位元組，那空白部分空間就浪費了。這些浪費的空間稱為物件間的填充（padding）。
預設Java虛擬機器中32位壓縮指標可定址到2的35次方個位元組，即32GB地址空間（超過32GB則會關閉壓縮指標）。
在對壓縮指標解引用時，需將其左移3位，再加上一個固定偏移量，便可得到能定址32GB地址空間的偽64位指標。
可透過配置剛提到的記憶體對齊選項（-XX：ObjectAlignmentInBytes）進步提升定址範圍。但是，這同時也可能增加物件間填充，導致壓縮指標沒有達到原本節省空間的效果。
舉例來說，如規定每輛車都需從偶數車位號停起，那佔據兩個車位的小房車剛好，而對需三個車位的大房車僅是浪費一個車位。
但如規定需從4倍數號車位停起，那小房車則會浪費兩車位，而大房車至多可能浪費三車位。
就算關閉壓縮指標，Java虛擬機器還是會進行記憶體對齊。記憶體對齊不僅存在於物件與物件間，也存在物件中的欄位間。比如說，Java虛擬機器要求long欄位、double欄位及非壓縮指標狀態下的引用欄位地址為8的倍數。
欄位記憶體對齊的其中一個原因是讓欄位只出現在同一CPU的快取行。如欄位不對齊，可能出現跨快取行的欄位，即該欄位的讀取可能需替換兩個快取行，而該欄位的儲存也會同時汙染兩個快取行。這對程式執行效率都不好。
3 欄位重排列
JVM重新分配欄位先後順序，以達到記憶體對齊。Java虛擬機器中有三種排列方法（對應Java虛擬機器選項-XX：FieldsAllocationStyle，預設值為1），但都遵循如下規則：
如一個欄位佔C個位元組，那該欄位偏移量需對齊至NC偏移量指欄位地址與物件的起始地址差值。long類僅有一個long型別例項欄位。在使用壓縮指標的64位虛擬機器，儘管物件頭12位元組，該long型別欄位的偏移量也只能是16，而中間空著的4位元組便會被浪費掉。
子類所繼承欄位的偏移量，要與父類對應欄位的偏移量保持一致
JVM還會對齊子類欄位的起始位置：
使用壓縮指標的64位虛擬機器，子類第一個欄位需對齊至4N
關閉壓縮指標的64位虛擬機器，子類第一個欄位需對齊至8N
兩個類A和B，其中B繼承A。A和B各自定義一個long型別的例項欄位和一個int型別例項欄位。
B類在啟用壓縮指標和未啟用壓縮指標時，各欄位偏移量：
啟用壓縮指標，JVM將A類int欄位置於long欄位前，以填充因long欄位對齊造成的4位元組缺口。由於物件整體大小需對齊至8N，因此物件最後會有4位元組空白填充。
當關閉壓縮指標時，B類欄位起始位置需對齊至8N。那B類欄位前後各有4位元組空白。
Java 8還引入新註釋@Contended，解決物件欄位之間的虛共享（false sharing）問題［2］。也影響欄位排列。
4 虛共享
假設兩執行緒分別訪問同一物件中不同的volatile欄位，邏輯上無共享內容，因此無需同步。但若這倆欄位恰在同一快取行，則對這些欄位寫操作會導致快取行的寫回，即造成了實質上的共享。
Java虛擬機器會讓不同@Contended欄位處於獨立快取行，因此大量空間被浪費。可查閱Contended欄位的記憶體佈局。注意使用虛擬機器選項-XX：-RestrictContended。
5 總結
本文介紹JVM構造物件的方式，所構造物件的大小，以及物件的記憶體佈局。
new語句會被編譯為new指令及對構造器呼叫。每個類的構造器都會直接或者間接呼叫父類構造器，且在同一例項中初始化相應欄位。
JVM引入壓縮指標，將原本64位指標壓縮成32位。壓縮指標要求JVM堆中物件的起始地址要對齊至8倍數，還會對每個類的欄位進行重排列，使得欄位也記憶體對齊。
使用JOL工具列印你工程中的類的欄位分佈：
curl -L -O http：//central。maven。org/maven2/org/openjdk/jol/jol-cli/0。9/jol-cli-0。9-full。jar java -cp jol-cli-0。9-full。jar org。openjdk。jol。Main internals java。lang。String
［1］ https：//wiki。openjdk。java。net/display/HotSpot/CompressedOops
［2］ http：//openjdk。java。net/jeps/142
