对象在 Hotspot 虚拟机中，除了对象本身的实例数据（Instance Data）之外，其在内存中的布局还包括了对象头（Object Header）和对齐填充（Padding）。
对齐填充的字节保留主要是出于 JVM 对 Java 对象内存占用的要求来考虑的。每个对象在 JVM 内存占用的大小应为 1 个字长（8 bits）的倍数，因此每个对象最后会有几个字节用于补全，没有特别的功能。
因此本帖不再赘述对齐填充，就专门来聊聊对象头。
Hotspot 虚拟机的对象头包括两（三）部分信息：
- 对象自身的运行时数据
- 类型指针
- 数组长度（前提是该对象是数组）
运行时数据（Mark Word）
包括哈希码（hash code）、GC 分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程 ID、偏向时间戳等等。
Mark Word 的数据长度在 32 位和 64 位的虚拟机（未开启压缩指针）中分别是 32 bits 和 64 bits。
对象需要存储的运行时数据很多，其实已超出了 32、64 位 Bitmap 结构所能记录的限度；不过，对象头信息耗费的是与对象自身定义数据无关的额外存储成本。
基于这一点，再考虑到虚拟机的空间效率：Mark Word 被设计成一个非固定的数据结构，以便在极小的空间内存储尽量多的信息，且会根据对象的状态复用自己的存储空间。
比如：在 32 位 Hotspot 虚拟机中，如果对象未被锁定，那么 Mark Word 的 32 bits 的空间将被如下分配：
- 25 bits 被用于存储对象的 hash code
- 4 bits 用于存储对象分代年龄
- 1 bit 固定为 0（因其未被锁定，不是偏向锁状态）
- 2 bits 用于存储锁标志位
如下表的第一行所示。
而在其他状态下，对象的运行时数据存储内容如下：
| 场景（状态） | 存储内容占用的空间 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 锁状态 | 25 bits | 4 bits | 1 bit | 2 bits | |
| 23 bits | 2 bits | 是否是偏向锁（biased_lock） | 锁标志位 | ||
| 无锁 | 对象的 hash code | age 分代年龄 | 0 | 01 | |
| 偏向锁 | 偏向锁记录的线程 ID | epoch | age 分代年龄 | 1 | 01 |
| 轻量级锁 | pointer_to_lock_record 指向栈中锁记录的指针 | 00 | |||
| 重量级锁 | pointer_to_heavyweight_monitor 指向互斥量（重量级锁）的指针 | 10 | |||
| GC 标记 | 空 | 11 | |||
在 64 位环境中，对象的运行时数据存储分布如下：
| 场景（状态） | 存储内容占用的空间 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 锁状态 | 56 bits | 1 bit | 4 bits | 1 bit | 2 bits | |
| 是否是偏向锁（biased_lock） | 锁标志位 | |||||
| 无锁 | 未使用空间（25 bits） | 对象的 hash code（31 bits） | cms_free | age 分代年龄 | 0 | 01 |
| 偏向锁 | 偏向锁记录的线程 ID（54 bits） | epoch（2 bits） | cms_free | age 分代年龄 | 1 | 01 |
| 轻量级锁 | pointer_to_lock_record 指向栈中锁记录的指针 | 00 | ||||
| 重量级锁 | pointer_to_heavyweight_monitor 指向互斥量（重量级锁）的指针 | 10 | ||||
| GC 标记 | 空 | 11 | ||||
一个对象在一个时间点总是处于其中的一个状态，只是状态之间可能会切换。
参数说明：
biased_lock：对象第一次被线程索取锁的时候，线程 ID 会写入 Mark Word 内（32 位系统的前 23 bits，或 64 位系统的前 54 bits）
- 并且将 Mark Word 的“偏向锁”那一位设置为 1
- 下次该线程想要获取锁的时候，直接检查对象头中保存的 ID 是否等于自身线程 ID，如一致则认为当前线程获取了锁
- 这样就不需要再次获取锁了，略过了轻量级和重量级两种锁的加锁阶段，提高效率。
epoch：验证偏向锁有效性的时间戳。
cms_free：说起来就跟内存分配策略有关系了。
- CMS 是基于清理算法的收集器（Concurrent Mark-Sweep），相应的内存分配策略就是空闲列表 free list；
- 内存碎片问题即是将不可达对象维护到一个列表 free list 里面，这些对象占用的空间为可用空间，随时分配给线程来使用；
- 因此，可以大概推断该占位是用来标记对象是否在列表中。
age：一共 4 位，最大值也就是 15：这就决定了为什么晋升到老年代的年龄设置（-XX:MaxTenuringThreshold，也是已完成的 GC 次数）不能超过 15 的原因。
pointer_to_heavyweight_monitor：指向互斥量（重量级锁）的指针。
- 在 Java 中，每个对象都持有一个属于自己的 Monitor 对象（在 Hotspot 虚拟机中由 C++ 类
ObjectMonitor实现），指向它的指针就是 pointer_to_heavyweight_monitor - 这也正好说明了：在 Java 中，任何一个对象都可以作为锁的存在
- 参数的名字带了 monitor，也是锁被称为“监视器锁”的原因。
接下来聊聊 Mark Word 里面很重要的锁标志位。
锁标志位
锁标志位 和 是否为偏向锁 两者共同对应到唯一的锁状态。
| 对象状态 | 组合 | 是否为偏向锁 | 锁标志位 |
|---|---|---|---|
| 无锁 | 001 | 0 | 01 |
| 偏向锁 | 101 | 1 | 01 |
| 轻量级锁（CAS + 失败尝试） | -00 | - | 00 |
| 重量级锁（互斥） | -10 | - | 10 |
| GC 标记 | -11 | - | 11 |
所以说 synchronized 锁的是对象，而且分 4 种程度不同的锁。
锁只能升级不能降级，但是偏向锁可以被重置为无锁状态（也就是改一个位的值的事）。
类型指针（Klass pointer）
你没看错，就是这个 “klass”。
它用来存储对象的类型指针，该指针指向它所属类的元数据。JVM 通过这个指针来确定这个对象是哪一个类的实例。
举个例子：1
2
3
4Person p = new Person();
// p 是实例，保存在栈中，是对新的 Person() 对象的引用
// Person() 对象在堆中，保存了一个自己的类型指针 klass pointer
// Person() 对象要在元空间 metaspace 找到元数据 instanceKlass，靠的就是 klass pointer
该指针的位长度为 JVM 的一个字大小，跟 Mark Word 的大小是一样的：32 位 JVM 的长度位 32 bits，64 位的则是 64 bits。
如果应用对象过多，使用 64 位的指针会浪费大量的内存。此时为了节约内存，可以开启指针压缩 -XX:+UseCompressedOops 将长度压缩为 32 位。
数组长度
如果对象是一个数组，那么对象头还需要有额外空间用于存储数组长度。
具体长度随 JVM 架构差别而不同，跟 Mark Word 和 klass pointer 的大小也是一样的：32 位 JVM 的长度位 32 bits，64 位的则是 64 bits。
如果在 64 位 JVM 上开启了指针压缩的话，该区域长度也会被压缩为 32 位。
最后问个小问题：
32 位的 Hotspot JVM 中，Integer 对象的大小是拆箱 int 的几倍？
解：Mark Word 32 bits，4个字节；类型指针同样 4 个字节；至于实例数据，Integer 只有一个 int 类型的成员变量 value，大小 4 字节：以上合起来 12 字节，加上补齐，一共 16 字节，是 int 的 4 倍。