HotSpot的对象模型（6）

2020 年 7 月 13 日
筆記

接着上一篇，我们继续来讲oopDesc相关的子类。

3、instanceOopDesc类

instanceOopDesc类的实例表示除数组对象外的其它对象。在HotSpot中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头（header）、对象字段数据（field data）和对齐填充（padding），如下图所示。

下面详细介绍一下这3个组成部分。

1．对象头

可以看到对象头分为两个部分，一个就是“Mark Word”，另外还有存储指向方法区对象类型数据的指针_klass或_compressed_klass。这两个都在介绍oopDesc类时详细介绍过，这里不再介绍。

2．对象字段数据

对象字段数据存储Java源代码中定义的各种类型字段内容，具体包括父类继承及子类定义的对象字段。

存储顺序受到HotSpot分配策略参数（FieldAllocationStyle）和字段在Java源代码中定义顺序的影响。默认分配策略为：long/double、int、short/char、boolean、oops（对象指针，32位系统占用4字节，64位系统占用8字节），可以看到，相同宽度的字段总被分配到一起。

如果虚拟机的-XX:+CompactFields参数为true，子类中较窄的变量可能插入到父类变量空隙中，以压缩节省空间。例如，当碰到long/doubles时，会将一些短类型插入long/doubles和header的空隙中。（空隙：64位系统开启压缩指针，header占12个字节，剩下的4个字节就是空隙。更多字段存储顺序的内容将在第XX章详细介绍。

3．对齐填充部分

对齐填充部分不是必须的，只起占位符作用，没有其他含义。HotSpot虚拟机要求对象大小必须是8字节的整数倍，对象头是8字节整数倍，所以填充是对实例数据没有对齐的情况来说的。

在创建instanceOop对象时会调用allocate_instance()方法，这个方法的实现如下：

instanceOop InstanceKlass::allocate_instance(TRAPS) {

  int size = size_helper();  // Query before forming handle.

  KlassHandle h_k(THREAD, this);

  instanceOop i;
  i = (instanceOop)CollectedHeap::obj_allocate(h_k, size, CHECK_NULL);
  return i;
}

调用instanceKlass中的size_helper()方法获取创建instanceOop对象所需要的内存大小，调用CollectedHeap::obj_allocate()方法分配size大小的内存。首先介绍size_helper()方法的实现，如下：

// Use this to return the size of an instance in heap words:
int size_helper() const {
    return layout_helper_to_size_helper(layout_helper());
}

int layout_helper() const  { 
   return _layout_helper; 
}

static int layout_helper_to_size_helper(jint lh) {
    assert(lh > (jint)_lh_neutral_value, "must be instance");
    // Note that the following expression discards _lh_instance_slow_path_bit.
    return lh >> LogHeapWordSize; 
}

从_layout_helper属性中获取大小，之前介绍过这个综合描述符，如果为InstanceKlass，则组合数字中含有的是instanceOop对象的大小，在设置时调用的是instance_layout_helper()方法，如下：

static jint instance_layout_helper(jint size, bool slow_path_flag) {
    return (size << LogHeapWordSize)  // LogHeapWordSize=3
      |    (slow_path_flag ? _lh_instance_slow_path_bit : 0); // 实例慢速分配有关
}

获取size时需要向右移动3位即可。这个方法在创建InstanceKlass对象时会调用，不过size通常会初始化为0，在调用parseClassFile()方法计算完实例的大小时，还会调用此方法更新为真正需要的instanceOop对象大小，在解析类文件时会详细介绍实例大小的计算过程。　

在InstanceKlass::allocate_instance()方法中调用CollectedHeap::obj_allocate()方法分配size大小的内存并将内存初始化为零值，方法将会在介绍垃圾回收时详细介绍，这里不介绍。

4、arrayOopDesc类

arrayOopDesc类的实例表示Java数组对象。具体的基本类型数组（对象）或对象类型数组（对象）由具体的C++中定义的子类实例来表示。在HotSpot虚拟机中，数组对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头（header）、对象字段数据（field data）和对齐填充（padding），如下图所示。

与Java对象内存布局唯一不同之处在于，数组对象的对象头中还会存储数组的长度length，占用的内存空间为4字节。在64位系统下，存放_metadata的空间大小是8字节，_mark是8字节，length是4字节，对象头为20字节，由于要按8字节对齐，所以会填充4字节，最终占用24字节。64位开启指针压缩的情况下，存放_metadata的空间大小是4字节，_mark是8字节，length是4字节，对象头为16字节。

5、arrayOopDesc类的子类

typeArrayOopDesc类的实例表示Java基本类型数组（对象），objArrayOopDesc类的实例表示Java对象类型数组（对象）。当需要创建typeArrayOopDesc对象时，通常会调用oopFactory类中定义的工厂方法，例如创建一个boolean数组，则调用new_boolArray()方法，如下：

static typeArrayOop    new_boolArray(int length, TRAPS) {
	  TypeArrayKlass* tak = TypeArrayKlass::cast(Universe::boolArrayKlassObj());
	  return tak->allocate(length, CHECK_NULL);
}

调用Universe::boolArrayKlassObj()方法获取_charArrayKlassObj属性的值，也就是之前介绍的、调用TypeArrayKlass::create_klass(T_BOOLEAN, sizeof(jboolean), CHECK)方法创建的表示boolean数组的TypeArrayKlass对象，然后调用TypeArrayKlass中的allocate()方法创建typeArrayOop对象，如下：

typeArrayOop allocate(int length, TRAPS) {
	  return allocate_common(length, true, THREAD);
}

typeArrayOop TypeArrayKlass::allocate_common(int length, bool do_zero, TRAPS) {
  assert(log2_element_size() >= 0, "bad scale");
  if (length >= 0) {
    if (length <= max_length()) {
      size_t size = typeArrayOopDesc::object_size(layout_helper(), length);
      KlassHandle h_k(THREAD, this);
      typeArrayOop t;
      CollectedHeap* ch = Universe::heap();
      if (do_zero) {
        t = (typeArrayOop)CollectedHeap::array_allocate(h_k, (int)size, length, CHECK_NULL);
      } else {
        t = (typeArrayOop)CollectedHeap::array_allocate_nozero(h_k, (int)size, length, CHECK_NULL);
      }
      return t;
    } 
  }
}

参数length表示创建数组的大小，而do_zero表示是否需要在分配数组内存时，将内存初始化为堆值。方法首先调用typeArrayOopDesc::object_size()方法从_layout_helper中获取数组的大小，方法的实现如下：

static int object_size(int lh, int length) {
    int instance_header_size = Klass::layout_helper_header_size(lh);
    int element_shift = Klass::layout_helper_log2_element_size(lh);

    julong size_in_bytes = length;
    size_in_bytes <<= element_shift;
    size_in_bytes += instance_header_size;
    // 按8字节对齐，填充的一部分
    julong size_in_words = ((size_in_bytes + (HeapWordSize-1)) >> LogHeapWordSize);

    return align_object_size((intptr_t)size_in_words); // 对齐，填充的一部分
}

之前介绍过，当为ArrayKlass时，_layout_helper属性是个组合数字，调用 Klass::layout_helper_header_size()方法获取数组头元素的字节数；调用Klass::layout_helper_log2_element_size()方法获取数组元素的大小，对于数组元素是boolean类型来说，这个值为1。

size = instance_header_size + length<<element_shift + 对齐填充

也就是对象头加上实例数据，然后再加上对齐填充。　　

在TypeArrayKlass::allocate_common()方法中获取到TypeArrayOopDesc对象所需要分配的内存大小后，就会调用CollectedHeap::array_allocate()或CollectedHeap::array_allocate_nozero()方法在堆上分配内存空间，关于在堆上分配内存的方法在后面介绍垃圾回收时会详细介绍，这里不介绍。

objArrayOop的创建与typeArrayOop的创建非常类似，也是调用oopFactory类中的工厂方法new_objectArray()方法，然后调用ObjArrayKlass::allocate()方法，这里不在介绍。