播面

在 Java 虚拟机（以最常用的 HotSpot JVM 为例）中，对象在内存中的布局分为三个部分：对象头（Object Header）、实例数据（Instance Data） 和 对齐填充（Padding）。

你所问的对象头（Object Header），主要包含以下两到三个部分的信息：

1. Mark Word（标记字段）

这是对象头中最复杂、包含信息最多的一部分。它主要用来存储对象自身的运行时数据。

为了在极小的空间内存下存储尽量多的信息，Mark Word 被设计成一个非固定的动态数据结构，它会根据对象当前的状态复用自己的存储空间。
在 64位 JVM 中，Mark Word 占 8 个字节（64 bit）。根据对象锁状态的不同，它包含的具体信息会发生动态变化，主要有以下五种状态：

• 无锁状态（Normal / Unlocked）：
  • 对象的 HashCode（注意：这里存的是未重写的原始 IdentityHashCode，一旦调用过系统的 hashCode() 方法计算后就会存在这里）。
  • 分代年龄（GC Age）：占 4 bit，因此 Java 对象默认晋升老年代的年龄最大是 15（$2^4 - 1$）。
  • 是否偏向锁：1 bit，值为 0。
  • 锁标志位：2 bit，值为 01。
• 偏向锁状态（Biased Lock）：
  • 线程 ID（Thread ID）：记录持有偏向锁的线程 ID。
  • Epoch：偏向时间戳，用于偏向锁的批量重偏向/批量撤销。
  • 分代年龄（GC Age）。
  • 是否偏向锁：1 bit，值为 1。
  • 锁标志位：2 bit，值为 01。
• 轻量级锁状态（Lightweight Lock）：
  • 不再记录 HashCode 和年龄。
  • 指向栈中锁记录的指针（Pointer to Lock Record）：占 62 bit，指向当前拥有该锁的线程栈中的 Lock Record。
  • 锁标志位：2 bit，值为 00。
• 重量级锁状态（Heavyweight Lock）：
  • 指向重量级锁（Monitor，即管程）的指针：占 62 bit，指向 ObjectMonitor 对象（这也是为什么 Java 中任何对象都可以作为锁的原因）。
  • 锁标志位：2 bit，值为 10。
• GC 标记状态（GC Marked）：
  • 主要在垃圾回收时使用，通常存储空或者Forwarding Pointer（转发指针）。
  • 锁标志位：2 bit，值为 11。

2. Klass Pointer（类型指针）

这部分用于指向对象所属的类元数据（Class Metadata）。

• 作用：JVM 通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。这个指针指向方法区（JDK 8+ 称为元空间 Metaspace）中的类信息。
• 占用空间：
  • 在 64位 JVM 中，原本应该占 8 个字节（64 bit）。
  • 但默认情况下，JVM 会开启指针压缩（-XX:+UseCompressedClassPointers），压缩后它只占 4 个字节（32 bit）。

3. Array Length（数组长度）—— 仅数组对象才有

如果当前对象是一个Java数组，那么对象头中还会多出一块记录数组长度的数据。

• 作用：因为普通 Java 对象的大小可以通过元数据信息确定，但数组的长度是动态的，JVM 无法通过数组类的元数据推断出数组的大小，所以必须在对象头中显式记录。
• 占用空间：占 4 个字节（32 bit）。

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总结与空间占用 (64位 JVM, 开启指针压缩)

• 普通对象 的对象头 = Mark Word (8字节) + Klass Pointer (4字节) = 12字节。（由于 Java 对象要求 8 字节对齐，所以还会产生 4 字节的 Padding，整体表现为 16 字节）。
• 数组对象 的对象头 = Mark Word (8字节) + Klass Pointer (4字节) + Array Length (4字节) = 16字节。

正是因为有了对象头中的这些信息，Java 才能实现诸如 synchronized 锁的升级机制、对象的垃圾回收年龄控制、基于多态的方法动态分派，以及反射等底层机制。