JVM对象内存布局

私有部分

程序计数器 ： 通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，存放在线程私有内存中。

Java虚拟机栈 ：它的生命周期与线程相同，虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型，每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧用于存储局部变量表，操作数栈，动态连接，方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

局部变量表 ： 存放了编译期可知的各种Java虚拟机基本数据结构，对象引用和返回地址类型。在存储空间中以局部变量槽来表示。当进入方法时，局部变量所需的内存空间大小是完全确定的。

本地方法栈 ： ****为虚拟机用到的本地方法服务

公有部分

堆

堆是虚拟机所管理的内存中最大的一块，Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。堆的唯一目的是用于存放对象实例，理论上所有的对象实例和数组都应当在堆上分配。

堆是垃圾收集器管理的内存区域。从回收内存的角度看，由于现代垃圾收集器大部分是基于分代收集理论设计的，所有Java堆中经常会出现 “新生代”，“老年代”。本质上是由于垃圾回收策略不同而创建出的不同内存管理区域。

堆中还存在多个线程私有的分批额缓冲区（TLAB）

方法区

方法区也是各个线程共享的内存区域，它用于存储被虚拟机加载的类型，常量，静态变量，以及代码缓存数据。

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用。

直接内存与本地内存

名称	是否堆外	是否 GC 管理	分配者	主要用途
直接内存	是	部分（引用可见）	Java（ByteBuffer）	高性能 I/O、Netty
本地内存	是	否	JVM / JNI	类元空间、线程栈、JNI

直接内存是 JVM 提供给 Java 程序使用的“受控的”本地内存；而本地内存是 JVM 和本地代码自己使用的“非受控”内存。

Java对象的创建过程

由new 启动 对象的过程

1. 定位所需创建类的符号引用
2. 判断类是否已完成加载与初始化，若未初始化则先触发类初始化流程
3. 创建对象，为新对象分配内存，在类加载过程中可以确定新对象所使用的内存大小
4. 内存分配过程
   1. 通过指针偏移获取对应对象大小的内存空间进行创建 （如果是规整的内存布局）
      1. 使用标记-整理算法的收集器 选择指针碰撞
   2. 通过列表维护一个列表记录管理内存中的布局，查询可用大小的内存块进行分配
      1. 使用标记-清除算法的收集器 选择空闲列表
5. 多线程情况下的内存分配
   1. 分配内存空间时进行同步处理—— 实际上虚拟机采用CAS + 失败重试保证更新操作的原子性
   2. 将内存分配动作按照线程划分到不同的空间中，即线程在java堆中预先分配的一小块内存中，当这一块内存使用完了，再使用同步锁定进行内存分配 使用tlab 可以使用-XX：+/-UseTLAB参数来设定
6. 初始化过程
   1. 在内存分配完毕后进行 → 在使用了同步锁定时
   2. 在分配TLAB时直接进行了初始化

if (!constans->tag_at(index).is_unresolved_klass()){
	oop entry = (klassOop)* constans->obj_at_addr(index);
	assert(entry->is_klass(), "should be resolved klass");
	klassOop k_entry = (klassOop) entry ;
	assert(k_entry->klass_part()->oop_is_instance(), "should be instance Klass");
	instanceKlass* ik = (instanceKlass*) k_entry->klass_part();
	if( ik->is_initialized() && ik -> can_be_fast_path_allocated()){
		size_t obj_size = ik->size_helper();
		oop result = NULL ;
		bool need_zero = !ZeroTLAB;
		if (UseTLAB){
			result = (oop)THREAD ->tlab().allocate(obj_size);
		}
		if(result == NULL){
			need_zero = true ;
	retry 
			HeapWord* compare_to =  *Universe::heap()->top_addr();
			HeapWord* new_top = compare_to + obj_size ;
			if(new_top <= *Universe::heap()->end_addr()){
				if(Atomic::cmpxchg_ptr(new_top, Universe::heap()->top_addr(),compare_to)!= compare_to){
					goto retry ;
				}
				result = (oop) compare_to 
			}
		}
		if(resulte != NULL){
			if(need_zero){
				HeapWord * to_zero = (HeapWord*)result + sizeof(oopDesc)/ oopSize;
				obj_size -= sizeof(oopDesc) / oopSize ;
				if(obj_size > 0 ){
					memset(to_zero , 0 , obj_size * HeapWordSize);
				}
 			}
 			if(UseBiasedLocking){
	 			result->set_mark(ik->prototype_header());
 			} else {
	 			result->set_mark(markOopDesc::prototype());
 			}
 			result->set_klass_gap(0);
 			result->set_klass(k_entry);
 			SET_STACK_OBJECT(result,0);
 			UPDATE_PC_AND_TOS_AND_CONTINUTE(3,1);
		}
	}
}

1. 对象结构

主要由三部分组成 ： 对象头 ， 实例数据和对齐填充

对象头结构

[markword (32/64)][类型指针(32/64)][数组长度]

[markword]
[hashcode(25-31) 分代年龄(15) 标志位(2) 固定标志位(0)]

markword

mark word 是位于对象最顶部的一块内存区域，它是一个复用字段，即根据标志位的不同决定了当前它所被使用的用途。

存储内容	标志位	状态
对象哈希码，对象分代年龄	01	未锁定
指向锁记录的指针	00	轻量级锁定
指向重量级锁的指针	10	膨胀
一般被设置为非法模式或者转发指针	11	GC标记
偏向线程ID,偏向事件戳，对象分代年龄	01	可偏向

实例数据

实例数据是受虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中定义顺序的应用

Hotspot 虚拟机默认的分配顺序为longs/doubles , ints , shorts/chars , bytesbooleans,oops(Ordinary Object Pointers )

相同宽度的字段总是被分配到一起存放，在满足这个前提条件的情况下，在父类中定义的变量会出现在子类之前。如果设置+XX：CompactFields参数，则子类中较窄的变量也允许插入父类变量的空隙中节省空间

对齐填充

HotSpot虚拟机的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，如果没有对齐的话，就需要通过对齐填充补全

1. 访问对象

java中使用引用去访问具体的对象

1. 使用句柄访问，在堆中划分一块内存作为句柄池，句柄池中包含了实例数据信息和类型数据信息，这样在实例数据中就不需要存储地址类型指针
2. 指针访问，需要在对象模型中放入类型指针以查询类型信息
3. 句柄的优势在于引用是间接查询实例对象数据的，这意味着在GC阶段移动对象可以间接更改句柄中的实例数据地址，而不需要修改引用本身
4. 指针的优势在于访问速度更快，节省了一次指针定位的时间

总结

JVM 对象的创建与内存布局，是理解 Java 程序执行原理、优化内存使用、调试性能问题的基础。在本文中，我们从运行时数据区的划分入手，梳理了线程私有与共享内存的职责与作用，随后深入剖析了对象创建的完整过程，包括类加载检查、内存分配策略（如指针碰撞与空闲列表）、线程本地缓冲（TLAB）机制与初始化流程。

在对象布局方面，我们重点讲解了对象头（Mark Word 和类型指针）的结构及其状态复用机制，分析了实例数据的内存对齐与压缩布局策略。同时，结合句柄与指针访问两种模型，比较了它们在对象定位与 GC 移动过程中的适用性和性能差异。

通过对这些机制的理解，开发者可以更准确地把握 JVM 如何管理内存、调度对象生命周期、以及背后隐藏的性能优化点。这不仅有助于编写更高效的 Java 程序，也为深入掌握 GC 策略、对象逃逸分析、内存模型优化等更高级主题打下了坚实基础。