关于java:为什么JVM要用到压缩指针Java对象要求8字节的整数倍

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前言

前两天在一个帖子中看到一道面试题:
堆内存超过 32G 时,为什么压缩指针生效?

之前没有理解过这方面的常识,于是开始 google 起来,但当我翻看了不下一页的帖子,我都依然没有搞懂,因为好多答案给我的感觉更像是:
因为堆内存超过 32G,压缩指针会生效,所以堆内存超过 32G 时,压缩指针会生效。

我:???

本着有问题搞不懂就吃不下冰激凌的准则,我决定搞清楚这个问题。

32 位和 64 位

首先咱们都晓得晓得操作系统有 32 位操作系统 (别名 x86) 和 64 位操作系统(别名 x86-64 或 x64),绝对的 JVM 也分为 32 位和 64 位。

什么?你没留神过?

如何晓得当初本人应用的 JVM 是 32 位还是 64 位?

命令行输出:java -version
如果你是 64 位的话,会呈现 64-Bit 这样的内容:

java version "1.8.0_202"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_202-b08)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.202-b08, mixed mode)

如果你是 32 位的话,则没有相干的内容:

java version "1.8.0_211"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_211-b12)
Java HotSpot(TM) Client VM (build 25.211-b12, mixed mode)

32 位操作系统只能够运行 32 位的 JVM,64 位操作系统则都能够运行(有点相似兼容老版本)。

那我应该如何抉择多少位的 JVM 呢?

32 位 JVM 的寻址空间只有 4G(2^32),也就是你的 java 过程最大只能应用 4G 内存(因为有其余开销,理论远小于 4G);而 64 位 JVM 的寻址空间最大有 2^64,差不多能够了解为 无限大

(不同操作系统和 JVM 对应的 过程最大内存 和 最大堆内存)
(Approx:大略,approximately 的缩写)

64 位的 JVM 听起来是升级版,性能要比 32 位的 JVM 要高吧?

其实恰恰相反,64 位 JVM 的寻址空间更大了,然而会带来性能的损耗;同样的利用,运行在 64 位 JVM 上 比起 运行在 32 位 JVM 上 会有 0~20% 的性能损耗(取决于利用外面指针的数量)。

其实从名字上咱们能够就能够辨别,64 位 JVM,他的每一个 native 指针都占用 64 位(即 64bit,也就是 8 字节)。32 位 JVM 则只有 4 字节。加载这些额定的字节也天然会影响内存的占用。

铺垫这么多,指针的寻址原理奉上

如果咱们这里有 3 个对象 A、B、C,他们的大小别离为 8、16、8 字节(为什么假如这几个值,咱们先按下不表),并且在内存中间断存储,为更好了解,咱们简化为下图:

指针用 内存地位 来标记对象在内存中的地位:
A:00000000 00000000 00000000 00000000(十进制示意:0)
B:00000000 00000000 00000000 00001000(十进制示意:8)
C:00000000 00000000 00000000 00011000(十进制示意:24)

从下面能够看出 32 位的指针,满打满算也只能存储 2^32,约 4GB 的内存地址。
如果是 64 位的指针,就能示意 2^64,下面说的能够了解为无限大,如果你有听过 国际象棋盘与麦粒 的故事就晓得,它必定能满足需要,甚至感觉还有点节约。

回归题目,压缩指针的引入。

既然 64 位指针用来存储太节约了,有什么更好的方法能够在 32 位的限度下示意更多的内存地址吗?
这时,咱们发现对象 A、B、C 大小都是 8 字节的整数倍,即 8 是他们对象大小的最大公约数!

我这边就不卖关子,间接说答案,咱们能够借助索引来标识。
用 8 位内存地址偏移量 代表 1 索引
那么 A 的地位就能够标识为 索引 0,B 为 索引 1,C 为 索引 3。

指针用 索引 来标记对象在内存中的地位:
A:00000000 00000000 00000000 00000000(十进制示意:0)
B:00000000 00000000 00000000 00000001(十进制示意:1)
C:00000000 00000000 00000000 00000011(十进制示意:3)

退出索引这一概念是为了不便了解;实际上 JVM 是通过读取时左移 3 位,存储时右移 3 位来实现的。
也就是说本来可示意 4GB 的内存地址,因为 1 索引示意 8 个内存地址偏移量,当初能够示意最高存储 32GB 的内存地址了。

伏笔回收:Java 对象的大小为什么必须是 8 字节的整数倍?

下面的对象 A、B、C 咱们假如的大小是 8 字节、16 字节、8 字节;共同点你可能发现了,他们都是 8 字节的倍数,其实 Java 对象的大小就必须是 8 字节的整数倍,如果没有这个条件,下面说的索引说法也不成立。
当然除了为了反对下面这些性能外,另外还有的就是因为当初大多数计算机都是高效的 64 位处理器,顾名思义,一次能解决 64 位的指令,即 8 个字节的数据,HotSpot VM 的主动内存管理系统也就遵循了这个要求,这样子性能更高,解决更快。

JVM 如何保障 Java 对象的大小都是 8 字节的整数倍?

用一个一般的 Java 对象举个简略的栗子🌰

在 JVM 中,Java 对象保留在堆中,由三局部组成:
1. 对象头(Object Header)
2. 示例数据(Instance Data)
3. 对齐填充(Padding)

如果你还不理解的话也没关系,咱们探讨的只牵扯到最初一个局部,也就是 对齐填充。
对象能够有对齐填充,也能够没有;如果一个对象的前两局部所占大小不是 8 字节的整数倍,比方 12 字节,那么对齐填充会以此来填充对象大小到 8 字节的整数倍,即对齐填充占 4 字节,java 对象一共 16 字节。

对齐填充:8 字节的倍数就由我来组成!

有无压缩指针的区别

把 64 位 JVM 的指针压缩为 32 位,即引入压缩指针的起因是为了节俭内存,但其实 64 位 JVM 的指针原本就能够是 64 位。

从 8 字节压缩到 4 字节,听起来如同才少了 4 个字节,但要晓得,因为 Java 对象要补齐 8 字节的倍数;如果一个 Java 对象刚好满足了 8 字节整数倍,但因为没有压缩指针多进去 4 字节,这时又因为要补齐,还须要再补上 4 字节,一个对象就多了 8 字节!听起来如同还不怎么多,但这可是一个对象就少 8 字节,如果是一个大我的项目,差的可能就不是一星半点了。

所以必定是开比不开好(JDK1.6 的版本后,64 位的 JVM 默认状况下是开启指针压缩的。)

冰激凌🍦

我的心也终于放下了,马上下楼买冰激凌吃~

写在最初

我是苏易困,大家也能够叫我易困,一名 Java 开发界的小学生,文章可能不是很优质,但肯定会很用心。

之前始终有本人写博客的想法,但无奈真的太迁延了,说懒说躺平都行,而且我也不是说真就很忙,忙到连码字的工夫都没有了,都是本人给本人找的借口。
但本人其实也在不停地学习,奈何始终没有系统性地整顿过,作为萌新,我真心感觉写博客跟其余大佬们交换真的是一件坏事,很多货色其实你本人刚开始也不懂,但你为了整顿成文章就须要去理解和学习更多,而且如果你能把这些常识传授给他人,他人也能听懂,那我感觉这些常识才是真的跟你本人死记硬背了。

的确真的不能再这样上来了,肯定要克服本人的惰性,精力治理真的很重要,健身也要从新捡起来。

大家如果有什么倡议或者文章有什么问题也都能够提出来,一起独特加油~

正文完
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