网站建设合作流程图,网站建设的开多少税率,电子商务网站建设需要什么,怎么制作网站软件转载自 深入理解多线程#xff08;二#xff09;—— Java的对象模型上一篇文章中简单介绍过synchronized关键字的方式#xff0c;其中#xff0c;同步代码块使用monitorenter和monitorexit两个指令实现#xff0c;同步方法使用ACC_SYNCHRONIZED标记符实现。后面几篇文章会…转载自 深入理解多线程二—— Java的对象模型上一篇文章中简单介绍过synchronized关键字的方式其中同步代码块使用monitorenter和monitorexit两个指令实现同步方法使用ACC_SYNCHRONIZED标记符实现。后面几篇文章会从JVM源码的角度更加深入层层剥开synchronized的面纱。在进入正题之前肯定有些基础知识需要铺垫那么先来看一下一个容易被忽略的但是又很重要的知识点 —— Java对象模型 。
大家都知道的是Java对象保存在堆内存中。在内存中一个Java对象包含三部分对象头、实例数据和对齐填充。其中对象头是一个很关键的部分因为对象头中包含锁状态标志、线程持有的锁等标志。这篇文章就主要从Java对象模型入手找一找我们关系的对象头以及对象头中和锁相关的运行时数据在JVM中是如何表示的。
Java的对象模型
任何一个接触过Java的人都知道Java是一种面向对象语言。在学习Java的过程中你一定对下面两句话不陌生
1、在面向对象的软件中对象Object是某一个类Class的实例。2、一切皆对象
我们还知道在JVM的内存结构中对象保存在堆内存中而我们在对对象进行操作时其实操作的是对象的引用。那么对象本身在JVM中的结构是什么样的呢本文的所有分析均基于HotSpot虚拟机。
oop-klass model
HotSpot是基于c实现而c是一门面向对象的语言本身是具备面向对象基本特征的所以Java中的对象表示最简单的做法是为每个Java类生成一个c类与之对应。但HotSpot JVM并没有这么做而是设计了一个OOP-Klass Model。OOPOrdinary Object Pointer指的是普通对象指针而Klass用来描述对象实例的具体类型。
为什么HotSpot要设计一套oop-klass model呢答案是HotSopt JVM的设计者不想让每个对象中都含有一个vtable虚函数表
这个解释似乎可以说得通。众所周知C和Java都是面向对象的语言面向对象语言有一个很重要的特性就是多态。关于多态的实现C和Java有着本质的区别。
多态是面向对象的最主要的特性之一是一种方法的动态绑定实现运行时的类型决定对象的行为。多态的表现形式是父类指针或引用指向子类对象在这个指针上调用的方法使用子类的实现版本。多态是IOC、模板模式实现的关键。在C中通过虚函数表的方式实现多态每个包含虚函数的类都具有一个虚函数表virtual table在这个类对象的地址空间的最靠前的位置存有指向虚函数表的指针。在虚函数表中按照声明顺序依次排列所有的虚函数。由于C在运行时并不维护类型信息所以在编译时直接在子类的虚函数表中将被子类重写的方法替换掉。在Java中在运行时会维持类型信息以及类的继承体系。每一个类会在方法区中对应一个数据结构用于存放类的信息可以通过Class对象访问这个数据结构。其中类型信息具有superclass属性指示了其超类以及这个类对应的方法表其中只包含这个类定义的方法不包括从超类继承来的。而每一个在堆上创建的对象都具有一个指向方法区类型信息数据结构的指针通过这个指针可以确定对象的类型。上面这段是我从网上摘取过来的说的有一定道理但是也不全对。至于为啥我会在后文介绍到Klass的时候细说。
关于opp-klass模型的整体定义在HotSpot的源码中可以找到。
oops模块可以分成两个相对独立的部分OOP框架和Klass框架。
在oopsHierarchy.hpp里定义了oop和klass各自的体系。
oopoop体系
//定义了oops共同基类
typedef class oopDesc* oop;
//表示一个Java类型实例
typedef class instanceOopDesc* instanceOop;
//表示一个Java方法
typedef class methodOopDesc* methodOop;
//表示一个Java方法中的不变信息
typedef class constMethodOopDesc* constMethodOop;
//记录性能信息的数据结构
typedef class methodDataOopDesc* methodDataOop;
//定义了数组OOPS的抽象基类
typedef class arrayOopDesc* arrayOop;
//表示持有一个OOPS数组
typedef class objArrayOopDesc* objArrayOop;
//表示容纳基本类型的数组
typedef class typeArrayOopDesc* typeArrayOop;
//表示在Class文件中描述的常量池
typedef class constantPoolOopDesc* constantPoolOop;
//常量池告诉缓存
typedef class constantPoolCacheOopDesc* constantPoolCacheOop;
//描述一个与Java类对等的C类
typedef class klassOopDesc* klassOop;
//表示对象头
typedef class markOopDesc* markOop;
上面列出的是整个Oops模块的组成结构其中包含多个子模块。每一个子模块对应一个类型每一个类型的OOP都代表一个在JVM内部使用的特定对象的类型。
从上面的代码中可以看到有一个变量opp的类型是oppDesc OOPS类的共同基类型为oopDesc。
class oopDesc {friend class VMStructs;private:volatile markOop _mark;union _metadata {wideKlassOop _klass;narrowOop _compressed_klass;} _metadata;
}
在Java程序运行过程中每创建一个新的对象在JVM内部就会相应地创建一个对应类型的OOP对象。在HotSpot中根据JVM内部使用的对象业务类型具有多种oopDesc的子类。除了oppDesc类型外opp体系中还有很多instanceOopDesc、arrayOopDesc 等类型的实例他们都是oopDesc的子类。这些OOPS在JVM内部有着不同的用途例如instanceOopDesc表示类实例arrayOopDesc表示数组。也就是说当我们使用new创建一个Java对象实例的时候JVM会创建一个instanceOopDesc对象来表示这个Java对象。同理当我们使用new创建一个Java数组实例的时候JVM会创建一个arrayOopDesc对象来表示这个数组对象。
在HotSpot中oopDesc类定义在oop.hpp中instanceOopDesc定义在instanceOop.hpp中arrayOopDesc定义在arrayOop.hpp中。
简单看一下相关定义
class instanceOopDesc : public oopDesc {
}class arrayOopDesc : public oopDesc {
}
通过上面的源码可以看到instanceOopDesc实际上就是继承了oopDesc并没有增加其他的数据结构也就是说instanceOopDesc中包含两部分数据markOop _mark和union _metadata。
这里的markOop你可能又熟悉了这不就是OOPS体系中的一部分吗上面注释中已经说过他表示对象头。 _metadata是一个联合体这个字段被称为元数据指针。指向描述类型Klass对象的指针。
HotSpot虚拟机中对象在内存中存储的布局可以分为三块区域对象头、实例数据和对齐填充。在虚拟机内部一个Java对象对应一个instanceOopDesc的对象该对象中有两个字段分别表示了对象头和实例数据。那就是_mark和_metadata。
文章开头我们就说过之所以我们要写这篇文章是因为对象头中有和锁相关的运行时数据这些运行时数据是synchronized以及其他类型的锁实现的重要基础。因为本文主要介绍的oop-klass模型在这里暂时不对对象头做展开下一篇文章介绍。
前面介绍到的_metadata是一个共用体其中_klass是普通指针_compressed_klass是压缩类指针。在深入介绍之前就要来到oop-Klass中的另外一个主角klass了。
klass
klass体系
//klassOop的一部分用来描述语言层的类型
class Klass;
//在虚拟机层面描述一个Java类
class instanceKlass;
//专有instantKlass表示java.lang.Class的Klass
class instanceMirrorKlass;
//专有instantKlass表示java.lang.ref.Reference的子类的Klass
class instanceRefKlass;
//表示methodOop的Klass
class methodKlass;
//表示constMethodOop的Klass
class constMethodKlass;
//表示methodDataOop的Klass
class methodDataKlass;
//最为klass链的端点klassKlass的Klass就是它自身
class klassKlass;
//表示instanceKlass的Klass
class instanceKlassKlass;
//表示arrayKlass的Klass
class arrayKlassKlass;
//表示objArrayKlass的Klass
class objArrayKlassKlass;
//表示typeArrayKlass的Klass
class typeArrayKlassKlass;
//表示array类型的抽象基类
class arrayKlass;
//表示objArrayOop的Klass
class objArrayKlass;
//表示typeArrayOop的Klass
class typeArrayKlass;
//表示constantPoolOop的Klass
class constantPoolKlass;
//表示constantPoolCacheOop的Klass
class constantPoolCacheKlass;
和oopDesc是其他oop类型的父类一样Klass类是其他klass类型的父类。Klass向JVM提供两个功能
实现语言层面的Java类在Klass基类中已经实现实现Java对象的分发功能由Klass的子类提供虚函数实现
文章开头的时候说过之所以设计oop-klass模型是因为HotSopt JVM的设计者不想让每个对象中都含有一个虚函数表。
HotSopt JVM的设计者把对象一拆为二分为klass和oop其中oop的职能主要在于表示对象的实例数据所以其中不含有任何虚函数。而klass为了实现虚函数多态所以提供了虚函数表。所以关于Java的多态其实也有虚函数的影子在。
_metadata是一个共用体其中_klass是普通指针_compressed_klass是压缩类指针。这两个指针都指向instanceKlass对象它用来描述对象的具体类型。
instanceKlass
JVM在运行时需要一种用来标识Java内部类型的机制。在HotSpot中的解决方案是为每一个已加载的Java类创建一个instanceKlass对象用来在JVM层表示Java类。
来看下instanceKlass的内部结构//类拥有的方法列表objArrayOop _methods;//描述方法顺序typeArrayOop _method_ordering;//实现的接口objArrayOop _local_interfaces;//继承的接口objArrayOop _transitive_interfaces;//域typeArrayOop _fields;//常量constantPoolOop _constants;//类加载器oop _class_loader;//protected域oop _protection_domain;....
可以看到一个类该具有的东西这里面基本都包含了。
这里还有个点需要简单介绍一下。
在JVM中对象在内存中的基本存在形式就是oop。那么对象所属的类在JVM中也是一种对象因此它们实际上也会被组织成一种oop即klassOop。同样的对于klassOop也有对应的一个klass来描述它就是klassKlass也是klass的一个子类。klassKlass作为oop的klass链的端点。关于对象和数组的klass链大致如下图在这种设计下JVM对内存的分配和回收都可以采用统一的方式来管理。oop-klass-klassKlass关系如图内存存储
关于一个Java对象他的存储是怎样的一般很多人会回答对象存储在堆上。稍微好一点的人会回答对象存储在堆上对象的引用存储在栈上。今天再给你一个更加显得牛逼的回答
对象的实例instantOopDesc)保存在堆上对象的元数据instantKlass保存在方法区对象的引用保存在栈上。其实如果细追究的话上面这句话有点故意卖弄的意思。因为我们都知道。方法区用于存储虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。 所谓加载的类信息其实不就是给每一个被加载的类都创建了一个 instantKlass对象么。
talk is cheap ,show me the code
class Model
{public static int a 1;public int b;public Model(int b) {this.b b;}
}public static void main(String[] args) {int c 10;Model modelA new Model(2);Model modelB new Model(3);
}
存储结构如下总结
每一个Java类在被JVM加载的时候JVM会给这个类创建一个instanceKlass保存在方法区用来在JVM层表示该Java类。当我们在Java代码中使用new创建一个对象的时候JVM会创建一个instanceOopDesc对象这个对象中包含了两部分信息方法头以及元数据。对象头中有一些运行时数据其中就包括和多线程相关的锁的信息。元数据其实维护的是指针指向的是对象所属的类的instanceKlass。
