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Klass指针和Mark Word

[[类加载]]

### Klass 对象

在 Java 虚拟机（JVM，基于 HotSpot 实现）中，Klass 对象 是 JVM 用来表示类的元数据的内部数据结构。它存储在方法区（JDK 1.8 之前） 或 元空间（Metaspace，JDK 1.8 及之后） 中，用于描述一个 Java 类的结构和信息。

  • 作用：Klass 对象包含类的元信息，例如：
  • 类名、父类、接口
  • 方法表、字段表、常量池
  • 静态变量（类变量）的存储位置
  • 类加载器信息
  • 访问修饰符（如 public、final 等）
  • 内存布局：Klass 对象是 JVM 内部的 C++ 对象（在 HotSpot 中），每个加载的 Java 类对应一个 Klass 对象（或其子类型，如 InstanceKlass、ArrayKlass 等）。它不直接暴露给 Java 代码，而是由 JVM 用于管理和访问类的元数据。
  • 实例关系：堆中的每个 Java 对象通过其对象头中的 Klass 指针（指向 Klass 对象）关联到对应的类元数据，从而知道自己属于哪个类。

Mark Word

Mark Word 是 Java 对象在堆内存中的对象头的一部分，用于存储对象的运行时元数据。它的大小和内容因 JVM 实现和架构（32 位或 64 位）而异，通常用于支持垃圾回收、锁机制等功能。

  • 作用：Mark Word 存储以下信息（具体内容动态变化）：
  • 锁状态：记录对象的锁信息（如无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁）。
  • 哈希码：对象的 hashCode() 值（调用 System.identityHashCode() 时生成）。
  • 分代年龄：用于垃圾回收，记录对象在年轻代的存活次数。
  • GC 标记：垃圾回收期间的标记信息（例如标记-清除算法中的标记位）。
  • 内存布局：
  • 在 32 位 JVM 中，Mark Word 通常占 4 字节。
  • 在 64 位 JVM 中，Mark Word 占 8 字节（即使开启指针压缩）。
  • Mark Word 的内容是动态的，根据对象状态（如是否被锁、GC 状态）会切换格式。例如，偏向锁会存储线程 ID，无锁状态可能存储哈希码。
  • 示例结构（64 位 JVM，简化的 Mark Word 布局）： 
    |------------------------------------------------|
| Mark Word (8 bytes)                            |
|------------------------------------------------|
| 锁状态标志 | 线程ID  | 分代年龄 | 哈希码  |  GC标记 |
|------------------------------------------------|

具体位分配因锁类型（如偏向锁、轻量级锁）而变化。

Klass 对象与 Mark Word 的关系

  • Klass 指针：对象头的另一部分（通常紧跟 Mark Word）是 Klass 指针，指向方法区/元空间中的 Klass 对象，用于标识对象的类。
  • 对象头完整结构（以 64 位 JVM，开启指针压缩为例）：
  • 对象头 = Mark Word（8 字节） + Klass 指针（4 字节，压缩后） + 对齐填充（可能 4 字节）。
  • 总大小通常为 16 字节（满足 8 字节对齐）。
  • 协作：Mark Word 管理对象的运行时状态（如锁、GC），而 Klass 指针通过指向 Klass 对象，连接到类的元数据（如方法、字段），从而支持对象的类型信息和行为。

总结

  • Klass 对象：JVM 内部表示类元数据的 C++ 数据结构，存储在方法区/元空间，包含类的静态变量、方法表等信息。
  • Mark Word：对象头的一部分，存储对象的运行时元数据（如锁状态、哈希码、分代年龄），用于支持锁机制和垃圾回收。
  • 两者共同协作，Klass 对象提供类的静态信息，Mark Word 提供实例的动态状态，构成了 Java 对象内存布局的核心。

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