0、前言
这里提到的 Java 对象不仅仅包含引用类型（Object），还包含基本数据类型（boolean、int、long、float、double）。文中部分图片来源于 B站 黑马程序员。
1、在栈上的数据存储
1.1、局部变量
局部变量包含以下情况：
- 方法中定义的变量
- 方法的形参
注：在非 static 修饰的成员方法中，第一个形参是
this，代表当前类的实例对象
1.2、槽位（slot）
各种类型变量在堆空间和栈空间中的内存分配，常说的 int 占用 4B 是针对堆中变量，而在栈中是按照槽位（slot）进行分配的。
| 数据类型 | 字节数（堆空间） | 槽位数（栈空间） |
|---|---|---|
boolean | 1B | 1 |
char | 2B | 1 |
byte | 1B | 1 |
short | 2B | 1 |
int | 4B | 1 |
long | 8B | 2 |
float | 4B | 1 |
double | 8B | 2 |
Object | 见对象在堆上的数据存储中的相关讨论 | 1 |
总结：
1 slot = 机器字长（32 位机中 32 bit，64 位机中 64 bit）long、double占用 2 个 slot- 其它类型占用 1 个 slot
1.3、堆数据和栈数据的赋值过程
一般情况而言，同类型变量在堆中的长度更短，在栈中的长度更长。总的转换思路为：
堆 -> 栈：按符号位进行填充，负数在前面填充1，正数在前面填充0，能够保证在补码意义上值保持不变栈 -> 堆：截断 （boolean 类型比较特殊，只取最后 1bit，而不是 1B）
下面分别是 -5 和 5 的补码表示
复习点：给定一个负数，写出其补码
- 先写出其倒数（正数）的补码（即原码）
- 从右到左找到第一个1，左取反，右不变
1.4、测试案例
Java 代码
public class ObjectStackLayout {static class MyObject {String aString;Integer aInteger;int anInt;boolean aBoolean;double aDouble;}public static void main(String[] args) {boolean b = true;char ch = 'a';short sh = 10;int x = 1;float f = 1.0f;double d = 2.2;String s = "hello world";MyObject myObject = new MyObject();}static short num = -5;private void calculate(int x) {// 堆数据 -> 栈数据short y = num;// 栈数据 -> 堆数据num = y;}
}
main 方法的字节码
// boolean b = true
// 从istore_1指令可以看出，将b作为int类型处理（istore含义是int store）
0 iconst_1
1 istore_1// char ch = 'a'
2 bipush 97
4 istore_2// short sh = 10
5 bipush 10
7 istore_3// int x = 1
8 iconst_1
9 istore 4// float = 1.0f
// 使用fstore，说明float类型数据和int类型数据在栈上的存储不同
11 fconst_1
12 fstore 514 ldc2_w #2 <2.2>
17 dstore 619 ldc #4 <hello world>
21 astore 823 new #5 <org/example/layout/stack/ObjectStackLayout$MyObject>
26 dup
27 invokespecial #6 <org/example/layout/stack/ObjectStackLayout$MyObject.<init> : ()V>
30 astore 932 return
main 方法的局部变量表
槽总数 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 2 + 1 + 1 = 10
总结：
- 形参也是局部变量，测试 calculate 方法可以看到为局部变量
this分配槽位 - 浮点数和整数之间使用不同的字节码指令
2、在堆上的数据存储
2.1、Java 对象的堆内存布局
标记字段（Mark Word）
标记字段取决于机器字长、是否开启指针压缩这两个因素，下图是 **64 位机开启指针压缩（默认情况）**的情况
上面共有 5 种状态，原本应该使用 3 bit 来表示锁的状态位，这会导致处于轻量级锁状态和重量级锁状态的对象少了 1 bit 的指针，这样锁数量的上限就变为原来的 1/2。因此，将正常状态和偏向锁的最后 2bit 相同，使用额外的 1bit 来区分正常状态和偏向锁状态。
可能需要注意的点：其中有 1bit 提供给 CMS 垃圾收集器进行使用，后面在 GC 相关文章中再考虑之间的关联
在 64 位机关闭指针压缩的情况下，只是简单地将 cms使用位 弃用。
在 32 位机的情况下，不存在 cms使用位，同时将高位 32 bit舍弃即可。
元数据指针（Klass pointer）
hsdb 工具进行验证：
2.2、布局规则
规则优先级从高到低依次为：
- 对象的总长度需要对齐 8B，不够则进行零填充
- 父类变量在子类变量之前
- 引用数据类型（Object）在基本数据类型（int、double）之后
- 若变量类型的长度为 n，则该变量的起始偏移必须是 k × \times × n，单位为 Byte
- 变量可以进行重排列，不一定要按照定义的先后顺序排列（满足规则3）
- 类型更长的变量排在前面，类型更短的变量排在后面（满足规则3）
2.3.1、内存对齐
在没有开启指针压缩的情况下，同样会进行内存对齐，原因是 64 位机上的 CPU 缓存行大小是 8B，保证对象对齐 8B，可以保证并发情况下，两个对象的修改不会因为缓存行而相互影响。
2.3.2、父类优先
2.3.3、基本类型优先
2.3.4、字段对齐
2.3.5、字段重排列
2.3、测试案例
<dependency><groupId>org.openjdk.jol</groupId><artifactId>jol-core</artifactId><version>0.7</version>
</dependency>
class Parent {long l;int i;
}class Child extends Parent {String name;boolean b;int i;long l;
}public class ObjectHeapLayout {public static void main(String[] args) {// 测试父类中的实例变量一定在子类之前分配，并且引用类型一定在每个类的最后分配System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new Child()).toPrintable());// 测试字符串的实际占用空间System.out.println(ClassLayout.parseInstance("123").toPrintable());// 测试数组（nums也是一个引用指针）int[] nums = new int[]{1, 2, 3};System.out.println(ClassLayout.parseInstance(nums).toPrintable());System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new Object()).toPrintable());// System.out.println(ClassLayout.parseInstance(null).toPrintable());//抛出异常}
}
