大白话解读Java对象内存布局

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2023-11-20 09:37:06

在Java世界中，对象无处不在，从简单的int到复杂的类，它们都是对象。作为程序的基本组成单位，对象在内存中是如何存储和组织的呢？本文将带领你深入浅出地了解Java对象的内存布局，让你对Java对象的底层结构有更深刻的理解。

Java对象内存布局：分层结构，井然有序

Java对象的内存布局分为两层：对象头和实例数据。

对象头：对象的身份证，不可或缺

对象头存储着对象的基本信息，如对象的类型、哈希码和锁状态等。它的大小一般为16个字节，其中8个字节存储对象类型，4个字节存储哈希码，4个字节存储锁状态。

实例数据：对象的灵魂，千变万化

实例数据存储着对象的状态信息，如对象的属性值等。它的大小取决于对象的类型和属性数量。对于简单的对象，实例数据可能只有几个字节，而对于复杂的对象，实例数据可能包含数百甚至数千个字节。

对齐填充：内存空间的完美主义

在Java对象内存布局中，存在着一种称为“对齐填充”的策略。它是指在对象内存布局中添加一些额外的字节，以确保对象的起始地址是某个特定值的倍数。对齐填充可以提高内存访问的效率，并防止出现内存对齐错误。

类元数据：对象的蓝图，不可更改

每个Java对象都对应着一个类元数据，它记录了对象的类型信息，如对象的属性和方法。类元数据在对象创建时就被确定，并且在对象的整个生命周期中都不会改变。

实例字段：对象的属性，千姿百态

实例字段是Java对象中的变量，它们存储着对象的状态信息。实例字段的值可以在对象的整个生命周期中改变。

数组对象：有序的数据集合，简单高效

数组对象是Java中的一种特殊对象，它可以存储一组相同类型的数据。数组对象的内存布局与普通对象类似，但数组对象还包含了一个额外的字段——数组长度。数组长度字段存储着数组中元素的数量。

引用对象：对象的桥梁，连接万物

引用对象是Java中的一种特殊对象，它存储着另一个对象的地址。引用对象可以指向任何类型的对象，包括数组对象、类对象和接口对象。引用对象的大小一般为4个字节或8个字节，具体取决于JVM的类型。

浅拷贝：克隆对象的表面，风险重重

浅拷贝是Java中的一种对象复制方式，它只复制对象的引用数据，而不复制对象本身。浅拷贝的对象与原始对象共享相同的实例数据，因此对浅拷贝对象所做的任何更改都会影响原始对象。

public class ShallowCopyExample {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "Hello";
        String str2 = new String(str1);
        str2 = str2.concat(" World");
        System.out.println(str1); // 输出 "Hello"
        System.out.println(str2); // 输出 "Hello World"
    }
}

深拷贝：克隆对象的灵魂，代价高昂

深拷贝是Java中的一种对象复制方式，它不仅复制对象的引用数据，还复制对象本身。深拷贝的对象与原始对象完全独立，因此对深拷贝对象所做的任何更改都不会影响原始对象。深拷贝的代价要高于浅拷贝，因为深拷贝需要复制对象的所有数据，包括实例数据。

public class DeepCopyExample {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "Hello";
        String str2 = new String(str1);
        str2 = new String(str2.split(""))
            .concat(" World");
        System.out.println(str1); // 输出 "Hello"
        System.out.println(str2); // 输出 "Hello World"
    }
}