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Java OOP对象如何在堆中存储_面向对象内存布局解析

P粉602998670

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发布时间:2025-12-25 06:51:10

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来源于php中文网

原创

Java对象内存布局分为对象头、实例数据和对齐填充三部分:对象头含Mark Word(8字节)和Class Pointer(4字节);实例数据按字段宽度分组重排;对齐填充确保总大小为8字节倍数;数组额外增加4字节length字段。

java oop对象如何在堆中存储_面向对象内存布局解析

Java 中的对象实例都存储在堆(Heap)中,但它的内存布局不是简单的一块连续空间,而是有明确结构的——包括对象头、实例数据和对齐填充三部分。理解这个布局,有助于分析内存占用、排查 OOM、优化序列化或理解 synchronized 锁升级等底层机制。

对象头:元信息与锁状态的容器

对象头是每个 Java 对象在堆中的起始部分,通常占 12 字节(64 位 JVM + 普通压缩指针开启时),分为两块:

  • Mark Word(8 字节):存储哈希码(未锁时)、GC 分代年龄、锁状态标志(无锁/偏向锁/轻量级锁/重量级锁)、线程 ID(偏向锁时)、指向 Monitor 的指针(重量级锁时)等。同一块内存复用,不同状态下含义不同。
  • Class Pointer(4 字节):指向该对象所属类的 Class 对象在方法区(元空间)中的地址。开启压缩类指针(-XX:+UseCompressedClassPointers)后为 4 字节;否则为 8 字节。

实例数据:成员变量的真实存放地

紧跟对象头之后,是对象真正持有的数据——即类中定义的非静态字段(instance fields)。JVM 会按一定规则重排序以节省空间:

  • 相同宽度的字段会被归为一组(如 long/double → int → short/char → byte/boolean)
  • 父类字段排在子类字段之前
  • 字段顺序不完全等同于源码声明顺序,但 JVM 保证语义正确性(比如 volatile 字段不会被重排到其读写逻辑之外)
  • 例如:public class A { boolean b; int i; long l; } 在堆中可能实际布局为 long l; int i; boolean b;(加填充后对齐)

对齐填充:保证地址对齐的“隐形补丁”

JVM 要求对象起始地址必须是 8 字节的整数倍(即按 8 字节对齐),这是为了提升 CPU 访存效率。如果对象头 + 实例数据总大小不是 8 的倍数,JVM 就会在末尾自动添加若干字节的填充(padding),这部分不存储任何 Java 层可见数据,也不参与 GC 标记。

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比如一个只有两个 boolean 字段的对象(2 字节),加上对象头(12 字节)共 14 字节,需补 2 字节填充 → 实际占用 16 字节。

数组对象额外多一个长度字段

数组是特殊的对象,其内存布局在对象头之后、实例数据之前,**多出 4 字节的 length 字段**(int 类型),用于记录数组长度。所以数组对象结构是:对象头 + length + 元素数据。例如 int[10] 占用:12(头)+ 4(length)+ 40(10×int)= 56 字节,再按 8 字节对齐 → 还是 56 字节(已对齐)。

基本上就这些。对象堆布局不复杂,但容易忽略细节;掌握它,看 JOL(Java Object Layout)输出、估算内存开销、甚至调试锁膨胀过程都会更踏实。

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