快速理解 JVM 内存模型 & 对象组成 & 对象内存分配

JVM 内存模型

JVM 内存模型分为首先在线程纬度可以分为两部分

一部分是 线程共享： 堆、元空间

• 堆 ： 大多数 new 的对象都存在于堆内，也是 GC 主要回收的空间，占据 JVM 内存的大部分
• 元空间：存储静态信息，如 常量、静态变量、类元信息（你写的类解析出来的字节码数据），该部分内存空间是直接内存空间。在 cpu 执行权限上，内存分为 用户空间 和 内核空间，对于 JVM 角度来说即 JVM 堆内存区域 和 系统直接内存区域 感兴趣可以浏览文章 零拷贝

一部分是 线程独有： 线程栈、本地方法栈、程序计数器

• 线程栈： 细分栈帧，线程在执行方法的过程中，每调用一个方法即为该方法分配一块栈帧内存空间，方法调用结束则弹出该栈帧释放栈帧内存空间，每个线程栈空间有限，当你出现循环调用，不停的往线程栈中压入栈帧时，最终就会触发 StackOverFlow 异常。可通过 -Xss 参数配置 （线程栈使用的也是非堆内存，即直接内存）
• 程序计数器：记录当前线程方法执行位置，用于在线程切换后恢复现场继续执行。
• 本地方法栈：java 调用本地方法（其他语言的方法，如 C 语言方法）单独区分的栈空间，原理类似于线程栈，有些虚拟机会将其和 线程栈合成一个使用。

对象组成

在 Java 当中对象在存储时会分为五个部分

1. Mark Word：属于对象的固有属性，占用 8 byte （字节 ps 1 byte = 8 bit 位)
2. Klass Pointer 对象指针, 占用 4 byte （开启指针压缩后，Java 1.6 版本后默认开启）。
3. 数组长度，只有数组对象有，记录数组长度 占用 4 byte。
4. 实例数据： 这个是我们在定义类时的内部成员变量的占用，是我们开发时经常操作看的到的。
5. 对其填充： 有时有，会将对象大小补齐为 8 byte 的倍数。

所以，对于一个对象，即使你啥都没有声明，new 出来都至少要占用 8(mark word)+4(klass pointer)+4(对其填充) = 16 byte

说说指针压缩

首先 CPU 分为 32 位寻址 和 64 位寻址，32 位的 CPU 只能处理 32 位故而只能在 2^32 = 4G 内存中寻址，所以 32 位机器和系统只能支持 4G 的内存，现在大部分机器都是 64 位即 2^64 = 18446744073709551616 可支持的理论内存是绝对够人类使用了。

那在 64 位系统下，理论上 JVM 表示一个对象所在内存的地址需要 64 位来表示即 8 byte 字节，那其实大可不必🙅🏻‍♀️

8G 寻址 = 2^33 ，16G 寻址 = 2^34 ，32G 寻址 = 2^35 ，而我们大部分机器基本都在 32G 或之内，所以基本 35 位就可以表示所有内存位置了，JVM 通过算法讲其压缩到 32 位，在到 CPU 寄存器处理时在逆向解压缩出来。指针压缩就是这个道理。

Tips：默认配置下，如果堆内存大于 32G 指针压缩会失效，一般我们最大设置堆内存会设置的比 32G 小一点点，这样可以避免很多麻烦，所以堆并不是越大越好。

指针压缩和类型的对其填充有关，默认对其填充 8 byte 倍数，调高该值可以使指针压缩支持到更大。参考 为什么JVM开启指针压缩后支持的最大堆内存是32G?

对象内存分配

在给对象分配内存的时候，有两种方式：

1. 指针碰撞： 这个是默认的方式，用于规整的 JVM 内存空间进行内存分配 （比如垃圾回收算法使用的是标记整理），这种依次分配的效率是比较高的
2. 空闲列表：当内存并不规整，而是分散使用时，就需要维护一个空闲位置的列表地址进行分配 （标记清除）

那在分配内存的时候，多线程情况下不可避免会出现抢占问题，解决方案：

1. 线程本地缓冲 TLAB Thread Local Allocate Buffer： 即预先给每个线程分配一块空间，有些在自己分配的空间中进行分配避免争抢
2. 比较交换 CAS Compare And Swap + 失败重试：即多个线程争抢一个位置时，先拿到的先分配，其他的失败后重试其他位置分配