OOP和klass的概念

HotSpot中采用了OOP-Klass模型，它是用来描述Java对象实例的一种模型

OOP或OOPS（Ordinary Object Pointer）指的是普通对象指针，主要职能是表示对象的实例数据，存储在堆里面Klass用来描述对象实例的具体类型，实现语言层面的Java类，存储在元空间（方法区）

总体上是多个OOP和一个Klass是对应的. 相当于一个类可以有多个实例

A a  = new A() ;  A a1 = new A();

a,a1 分别对应着不同的OOP, 对应着同一个Klass

OOP 源码

首先看 oopsHierarchy.hpp 文件中，可以看到在 OpenJDK 的源码中都是用 oopDesc* 等 Desc* 来表示的。

列出的是整个Oops模块的组成结构，其中包含多个子模块。每一个子模块对应一个类型，每一个类型的OOP都代表一个在JVM内部使用的特定对象的类型。

//定义了oops共同基类 typedef class   oopDesc*                            oop; //表示一个Java类型实例 typedef class   instanceOopDesc*            instanceOop; //表示一个Java方法 typedef class   methodOopDesc*                    methodOop; //表示一个Java方法中的不变信息 typedef class   constMethodOopDesc*            constMethodOop; //记录性能信息的数据结构 typedef class   methodDataOopDesc*            methodDataOop; //定义了数组OOPS的抽象基类 typedef class   arrayOopDesc*                    arrayOop; //表示持有一个OOPS数组 typedef class   objArrayOopDesc*            objArrayOop; //表示容纳基本类型的数组 typedef class   typeArrayOopDesc*            typeArrayOop; //表示在Class文件中描述的常量池 typedef class   constantPoolOopDesc*            constantPoolOop; //常量池告诉缓存 typedef class   constantPoolCacheOopDesc*   constantPoolCacheOop; //描述一个与Java类对等的C++类 typedef class   klassOopDesc*                    klassOop; //表示对象头 typedef class   markOopDesc*                    markOop;

 

oopDesc结构

class oopDesc {  friend class VMStructs; private:  volatile markOop  _mark;  union _metadata {    wideKlassOop    _klass;    narrowOop       _compressed_klass;  } _metadata; }

在Java程序运行过程中，每创建一个新的对象，在JVM内部就会相应地创建一个对应类型的OOP对象。在HotSpot中，根据JVM内部使用的对象业务类型，具有多种oopDesc的子类。除了oppDesc类型外，opp体系中还有很多instanceOopDesc、arrayOopDesc 等类型的实例，他们都是oopDesc的子类。

这些OOPS在JVM内部有着不同的用途，例如，instanceOopDesc表示类实例，arrayOopDesc表示数组。也就是说，当我们使用new创建一个Java对象实例的时候，JVM会创建一个instanceOopDesc对象来表示这个Java对象。同理，当我们使用new创建一个Java数组实例的时候，JVM会创建一个arrayOopDesc对象来表示这个数组对象。

instanceOopDesc结构

class instanceOopDesc : public oopDesc { } class arrayOopDesc : public oopDesc { }

 通过上面的源码可以看到，instanceOopDesc实际上就是继承了oopDesc，并没有增加其他的数据结构，也就是说instanceOopDesc中包含两部分数据：markOop _mark和union _metadata。

这里就和java对象头对起来了。

friend class VMStructs; friend class JVMCIVMStructs; private: // 看 MarkOop 的内容 volatile markOop _mark; // 存储对象描述数据的指针 union _metadata { Klass* _klass; narrowKlass _compressed_klass; } _metadata;

MarkOop 结构

hash： 保存对象的哈希码age： 保存对象的分代年龄biased_lock： 偏向锁标识位lock： 锁状态标识位JavaThread：* 保存持有偏向锁的线程 IDepoch： 保存偏向时间戳

klass体系

//klassOop的一部分，用来描述语言层的类型 class  Klass; //在虚拟机层面描述一个Java类 class   instanceKlass; //专有instantKlass，表示java.lang.Class的Klass class     instanceMirrorKlass; //专有instantKlass，表示java.lang.ref.Reference的子类的Klass class     instanceRefKlass; //表示methodOop的Klass class   methodKlass; //表示constMethodOop的Klass class   constMethodKlass; //表示methodDataOop的Klass class   methodDataKlass; //最为klass链的端点，klassKlass的Klass就是它自身 class   klassKlass; //表示instanceKlass的Klass class     instanceKlassKlass; //表示arrayKlass的Klass class     arrayKlassKlass; //表示objArrayKlass的Klass class       objArrayKlassKlass; //表示typeArrayKlass的Klass class       typeArrayKlassKlass; //表示array类型的抽象基类 class   arrayKlass; //表示objArrayOop的Klass class     objArrayKlass; //表示typeArrayOop的Klass class     typeArrayKlass; //表示constantPoolOop的Klass class   constantPoolKlass; //表示constantPoolCacheOop的Klass class   constantPoolCacheKlass;

和oopDesc是其他oop类型的父类一样，Klass类是其他klass类型的父类。

Klass向JVM提供两个功能：

实现语言层面的Java类（在Klass基类中已经实现）

实现Java对象的分发功能（由Klass的子类提供虚函数实现）

HotSopt JVM的设计者把对象一拆为二，分为klass和oop，其中oop的职能主要在于表示对象的实例数据（是一个指针，作为一个java对象头存在），所以其中不含有任何虚函数。而klass为了实现虚函数多态，所以提供了虚函数表。所以，关于Java的多态，其实也有虚函数的影子在。

_metadata是一个共用体，其中_klass是普通指针，_compressed_klass是压缩类指针。这两个指针都指向instanceKlass对象，它用来描述对象的具体类型。

instanceKlass

JVM在运行时，需要一种用来标识Java内部类型的机制。在HotSpot中的解决方案是：为每一个已加载的Java类创建一个instanceKlass对象，用来在JVM层表示Java类。

来看下instanceKlass的内部结构：（将class文件相应数据读取到元空间所表现的形式）

 //类拥有的方法列表  objArrayOop     _methods;  //描述方法顺序  typeArrayOop    _method_ordering;  //实现的接口  objArrayOop     _local_interfaces;  //继承的接口  objArrayOop     _transitive_interfaces;  //域  typeArrayOop    _fields;  //常量  constantPoolOop _constants;  //类加载器  oop             _class_loader;  //protected域  oop             _protection_domain;      ....

注意：

在JVM中，对象在内存中的基本存在形式就是oop。那么，对象所属的类，在JVM中也是一种对象，因此它们实际上也会被组织成一种oop，即klassOop。同样的，对于klassOop，也有对应的一个klass来描述，它就是klassKlass，也是klass的一个子类。klassKlass作为oop的klass链的端点。

关于对象和数组的klass链大致如下图：

内存存储

对象的实例（instantOopDesc)保存在堆上，对象的元数据（instantKlass）保存在方法区，对象的引用保存在栈上。

class Model {    public static int a = 1;    public int b;    public Model(int b) {        this.b = b;    } } public static void main(String[] args) {    int c = 10;    Model modelA = new Model(2);    Model modelB = new Model(3); }

 

此处做了简单理解，也就是把常量池相关数据直接用方法区进行了展示，整正的操作应该是有三个。既对象的OOP，对象对应的java.lang.Class的OOP，这两个在堆上，还有在元空间的instanceklass。