内存编织技术，JVM对内存的又一次压榨

Posted 2021-06-15 硬核子牙

hello，小伙伴们好，我是江湖人送外号[道格牙]的子牙老师。

先说下手写JVM小班的事情。手写JVM小班一期已经完成招生，谢谢各位小姥的信任与支持。让你们变得牛叉，让你们成为别人眼中心中口中的大佬就是我的责任。我会为此目标持续优化升级课程。

目前市面上确实没人教这块内容，所以目前依然有小伙伴来咨询。手写JVM小班分两个阶段实现，第一阶段是用Java实现，第二阶段用C++实现。我预测了下，五月底之前报名，一期班可以跟得上，之后只能跟二期班了。想报名学习手写JVM实现自己的Java虚拟机，同时掌握C++开发底层项目能力的小伙伴可以加我微信：jvm-ziya。

今天这个问题就比较卷了，也是一位面试被虐得体无完肤的小伙伴提供的。放心哈，我已经安抚住他想砍面试官的心了。

其实看到这个问题，我还是挺感叹的：现在的面试题已经难到这个程度了吗？这个问题可是需要你完整得理解JVM是如何实现OOP的封装机制才能答出来的。

所有呢，给小伙伴们一个建议：简历不要凡尔赛，带来关注的同时，也带来了高期待。直接的结果就是问超难的面试题，一上来就给你打蒙圈了。

问题分析

我们先来分析下这个问题。如果你想知道怎么访问对象实例属性的底层原理，就得知道是如何存储的。存储搞明白了，访问就是一句话的事。而想搞明白存储，恰恰不是一件简单的事情。JVM中对象实例属性的存储甚至比原生的C++对象还要复杂。为什么这么说呢？往后看。

对于面向对象类型的语言来说，有两个很重要的概念：类、对象。类的所有信息在编译时就已经确定下来了。但是对象是运行时结构，它的实例属性信息，只有在执行完当前方法及其父类的构造方法才能知晓。针对这个情况，你可以事先定义一个list<T>用来存储对象的实例属性。但是实例属性的类型不确定，有可能是char、int、double、指针…你这个T好像只能用8字节的数据类型来接收才能兼容所有情况。这带来的问题就是严重的内存浪费。

那C++及Java是怎么做的呢？内存编织。解释下这个名词：编织，抽象来说，就是精细化构造。内存编织，即精细化构造内存。即在创建对象时，为了节省内存，根据不同类型的数据，精细化地向内存中填充数据。

为什么说JVM的对象实例属性存储机制比C++更难呢？因为JVM的内存编织需要考虑的点更多：一、JVM有运行时数据结构：数组。什么意思呢？就是说非数组类的元信息是在编译时确定的，而数组的元信息是在运行时确定的；二、JVM为了节省内存，开发了指针压缩技术。一开一关，两套机制需要研究；三、JVM为了比C++更节省内存，引入了字段重排机制，又给研究增加了难度。

OK！问题已经分析完了，开始展开来说。本篇文章只把谜底揭开，不会面面俱到地讲到所有。剩余的情况，有能力有好奇心的小伙伴就自行去研究啦。

其实这个问题的本质就是：JVM是如何实现OOP的封装机制的。看懂了，你对Java的理解就比别人高好几个维度。

C++中的实例属性存储

对比学习效果更佳！先来看看C++中的实例属性是如何存储的，上代码

class Person {private: short s; int i; long l;};

这段代码生成的对象在内存中长这个样子，占用16B，浪费了2B

如果我把代码改一下，int移到long的下方，又完全不一样了。就变成了24字节，浪费了10字节。为什么会这样呢？因为C++这块只做到了这个程度。它是希望你在写代码的时候定规范解决这个问题。怎么规范呢？往后看。

所以高手都知道：定义属性要遵循占字节少的数据类型放前面，占字节多的数据类型放后面。是不是好麻烦？我们写Java代码完全不需要考虑这个问题，JVM已经通过技术手段帮我们解决了。怎么解决的呢？往后看。

JVM中的实例属性存储

说完了C++的对象内存模型，再来说说JVM的对象内存模型，两句话：

1. 创建对象进行属性编织时，按照8字节、4字节、2字节、1字节、指针的顺序进行编织。其中指针可以在最后，也可以在最前，可以通过参数控制。默认是放在最后。

2. 编织时会将相同类型的属性放在一起。这样敲代码时就不需要关注属性定义的顺序。这项就是JVM独有的字段重排。这个实现起来也不是那么容易的，需要考虑很多很多。

还是上面的代码，对应的JVM对象的内存模型长这个样子

如果上面的图比较抽象，那看这张图

JVM很牛叉有木有？反正我是很喜欢研究JVM的，研究过程中真的给了我很多惊喜。不得不赞叹，跟这些个大佬相比，我怎么好意思睡觉！^_^

JVM中的实例属性访问

JVM的对象内存模型已分析完毕，可以给出答案了。其实这里还要一个问题，就是内存是无态的，比如对象中有两个int，我要取第2个，取的时候怎么知道取的是哪一个呢？这时候就要找到对象的类信息，找到类信息中存储的属性表，然后才能完成取值。上伪代码

属性表 = 对象.类型指针.属性表属性地址 = 属性表[int][1

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结语

我是子牙老师，喜欢钻研底层，深入研究Windows、Linux内核、JVM。喜欢分享硬核知识，如果你也喜欢研究底层，喜欢硬核知识，关注我。