让你吊打面试官的Java内存结构以及对象的内容讲解-硬件新闻-PHP中文网

对象的创建过程包括以下几个步骤：申请内存空间、赋予默认值、设置初始值。在这个过程中，可能会发生指令重排，导致对象处于半初始化状态。这也是为什么在dcl（双重检查锁定）单例模式中需要使用volatile关键字的原因，因为new操作可能会出现问题。

存储器的层次结构如图所示：

让你吊打面试官的Java内存结构以及对象的内容讲解

硬件层的数据一致性协议有很多种，其中Intel使用的是MESI协议。

现代CPU的数据一致性是通过缓存锁（如MESI等）和总线锁来实现的。读取缓存是以cache line为基本单位，目前是64字节。如果同一缓存行的两个不同数据被两个不同CPU锁定，会产生互相影响的伪共享问题。使用缓存行的对齐可以提高效率，如disruptor框架所利用的。

乱序问题（读）：CPU为了提高效率，如果没有直接依赖关系，会在一条指令执行的过程中（读数据慢100倍）同时执行另一条指令。写操作也可以进行合并，放在WCBuffer（4个位置）中执行。

案例：

package com.mashibing.juc.c_029_WriteCombining;
public final class WriteCombining {
    private static final int ITERATIONS = Integer.MAX_VALUE;
    private static final int ITEMS = 1;
    // ...
}

为了保证特定情况下不发生乱序，JVM使用内存屏障来确保有序性。硬件层面上的实现不一定依赖硬件级别的内存屏障，还可以依赖硬件级别的lock指令。

硬件CPU内存屏障包括：

sfence：在sfence指令前的写操作必须在sfence指令后的写操作前完成。
lfence：在lfence指令前的读操作必须在lfence指令后的读操作前完成。
mfence：在mfence指令前的读写操作必须在mfence指令后的读写操作前完成。

JVM级别如何规范（JSR133）：

LoadLoad屏障：对于语句Load1; LoadLoad; Load2，确保在Load2及后续读取操作访问数据前，Load1要读取的数据被读取完毕。
StoreStore屏障：对于语句Store1; StoreStore; Store2，确保在Store2及后续写入操作执行前，Store1的写入操作对其它处理器可见。
LoadStore屏障：对于语句Load1; LoadStore; Store2，确保在Store2及后续写入操作被刷出前，Load1要读取的数据被读取完毕。
StoreLoad屏障：对于语句Store1; StoreLoad; Load2，确保在Load2及后续所有读取操作执行前，Store1的写入对所有处理器可见。

volatile的实现细节：

字节码层面：ACC_VOLATILE
JVM层面：Volatile内存区的读写都加屏障
- StoreStoreBarrier
- volatile 写操作
- StoreLoadBarrier
- LoadLoadBarrier
- volatile 读操作
- LoadStoreBarrier
OS和硬件层面：使用lock指令实现（如在Windows上）或MESI协议。

synchronized的实现细节：

字节码层面：ACC_SYNCHRONIZED，monitorenter和monitorexit（两个）
JVM层面：C++调用了操作系统提供的同步机制
OS和硬件层面：在X86上使用lock cmpxchg指令

对象的创建过程：

class loading
class linking（verification, preparation, resolution）
class initializing
申请对象内存
成员变量赋默认值
调用构造方法

成员变量顺序赋初始值

执行构造方法语句

对象在内存的存储布局：

Java调试

通过 JDWP 实现 Java 远程调试：连接远程 JVM、设置断点、单步执行代码、查看变量值、获取调用栈。适用于需要调试远程 Java 应用、排查运行时状态、追踪代码执行流程的场景。术语注解 JDWP：Java Debug Wire Protocol，Java 调试有线协议（Java 远程调试底层通信协议） remote JVM：远程 Java 虚拟机 step through code：代码单步调试（步入 / 步过 / 步出调试） inspect variables：变量查看 / 变量检视 stac

下载

首先查看自己虚拟机的配置：java -XX:+PrintCommandLinesFlags -version

红色的参数就是内存布局

让你吊打面试官的Java内存结构以及对象的内容讲解

对象的内容（对象的内存布局也可以这么说）：

普通对象：

对象头markword（8字节）
ClassPointer指针（-XX:+UseCompressedClassPointers为4字节，不开启为8字节）
实例数据引用类型（-XX:+UseCompressedOops为4字节，不开启为8字节，Oops = Ordinary Object Pointers）
Padding对齐（8的倍数）

数组对象：

对象头markword（8字节）
ClassPointer指针（-XX:+UseCompressedClassPointers为4字节，不开启为8字节）
数组长度（4字节）
数组数据
对齐（8的倍数）

首先一个class load到内存的时候有一个agent来截获或修改，需要自己实现它（premain方法），相当于代理。

实验：

新建项目ObjectSize（1.8）
创建文件ObjectSizeAgent

package com.mashibing.jvm.agent;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
<p>public class ObjectSizeAgent {
private static Instrumentation inst;</p><pre class="brush:php;toolbar:false;">public static void premain(String agentArgs, Instrumentation _inst) {
    inst = _inst;
}

public static long sizeOf(Object o) {
    return inst.getObjectSize(o);
}

}

在src目录下创建META-INF/MANIFEST.MF

Manifest-Version: 1.0
Created-By: mashibing.com
Premain-Class: com.mashibing.jvm.agent.ObjectSizeAgent

注意Premain-Class这行必须是新的一行（回车 + 换行），确认IDEA不能有任何错误提示。

打包jar文件
在需要使用该AgentJar的项目中引入该Jar包（project structure - project settings - library 添加该jar包）
运行时需要该AgentJar的类，加入参数：

-javaagent:C:\work\ijprojects\ObjectSize\out\artifacts\ObjectSize_jar\ObjectSize.jar

如何使用该类：

package com.mashibing.jvm.c3_jmm;<p>import com.mashibing.jvm.agent.ObjectSizeAgent;</p><p>public class T03_SizeOfAnObject {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new Object()));
System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new int[] {}));
System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new P()));
}</p><pre class="brush:php;toolbar:false;">private static class P {
    // 8 _markword
    // 4 _oop指针
    int id;         // 4
    String name;    // 4
    int age;        // 4
    byte b1;        // 1
    byte b2;        // 1
    Object o;       // 4
    byte b3;        // 1
}

}

Object 16字节

Int 16字节