浅析JVM内存指针压缩

阳光穿透心脏的1/2处 2023-09-29 09:50 12阅读 0赞

jvm指针压缩指的是：

*  java对象的Object Head里的`Klass Pointer`由8字节压缩为4字节，Klass Pointer指向当前对象的Class对象的内存位置
 *  java对象内部的复杂类型属性的引用由8字节压缩为4字节，就是说当前对象持有复杂类型的属性对象的内存位置
 *  数组对象的长度由8字节压缩为4字节，同时数组对象持有的每个元素的内存引用由8字节压缩为4字节

以上机制生效的前提是jvm在`64位`机器上，32位机器内存上限是4G，内存指针默认是4字节。

在64位机器上当分片的jvm内存小于`32G`时，JVM默认开启指针压缩，此时指针表示的不是引用对象的实际内存地址，是一个相对的地址。`如何用一个32位的数字表示内存32G内存内的任意地址？`，这个是我之前没想明白的，今天这篇博客主要就是解释这个问题。

在大于32G的机器上分配32G内存给jvm应用，首先这32G内存是需要连续的，因此jvm内存的低位相较于机器内存的低位有一个偏移量，计 `offset0`，这个偏移量在通过内存指针计算实际内存地址时是需要考虑进去的。

32G内存有 `1024*1024*1024*32 = 2^35`个字节，4个字节是32位，最大能表示 `2^32-1` ，这中间还差了 `2^3` 的数量级，该如何圆场？网上说4个字节有40多亿，表示40多亿个对象。但是一个对象至少16字节，`2^32 * 16 = 2^36` 超过了 2^35 的字节上限了，所以指针指向的也不是实际的对象地址。

后来想到了java对象大小是有一个对齐机制的：`Object Header + 实例数据 + 对齐填充`。`对齐填充保证java对象的大小始终是8字节的倍数`，也就是一个对象的大小都是8字节的倍数，他们有一个`公约数8`。把 `2^35 / 8 = 2^32` 刚好等于4个字节所能表示的数值的区间。`把jvm内存按8字节划分为一个一个格子区间，指针指向的是这个格子区间的序号`。

根据指针计算内存的实际地址的公式近视为： `内存地址(字节单位) = jvm内存偏移量 + 指针 * 8`

通过这种巧妙的设计，能够将jvm内对象的地址从8字节压缩为4字节，极大的提高jvm对内存的使用效率。当jvm超过32G时，这种算法就失效了，在8字节的指针情况下，需要内存达到40-50G时才能和4字节指针时32G内存具有相同的存储空间。