目录
1、类继承结构
2、MetaspaceObj
3、Metadata
4、Klass
5、InstanceKlass
6、Method
7、Java vtable
8、Java itable
9、InstanceKlass特殊子类
10、ArrayKlass
在分析thread.cpp的create_vm函数中（参考《Hotspot启动和初始化源码解析》）发现JVM通过initialize_class函数来加载Java类，该函数是threap.cpp的一个静态函数，其函数定义如下：
接着为main_thread创建thread_object即Java中的java.lang.Thread对象时使用了create_initial_thread函数，该函数返回了oop，实际是类oopDesc* 的别名，如下图：
在《Java程序员自我修养——内存模型》中探讨过，Java对象在内存中是实例数据和类型数据相分离的，实例数据保存了一个指向类型数据的指针，即OOP(ordinary object pointer)，因此猜测这里的Klass就是所谓的类型数据，oopDesc就是具体的实例数据了。
在上述代码Klass处按crtl并点击即可进入到定义Klass的头文件kclass.hpp中，该文件的位于hotspot\src\share\vm\oops目录下，选中Klass，点击右键，选择Open Type Hierarchy即可显示该类的继承关系图了，如下：
选择其中某一个类如MetaspaceObj，右键选择Open即可进入定义该父类的头文件alloction.hpp，位于hotspot\src\share\vm\memory下，如下图：
该类是作为存放在Metaspace元空间的中类的基类，不能执行delete，否则会出现致命错误，注意该类没有定义虚函数。该类重载了new操作符，主要用于给共享只读的或者共享读写的类分配内存，该类定义了如下方法：
该类定义了一个枚举Type用于表示对象类型，包含以下几种类型：
Metadata是内部表示类相关元数据的一个基类，注意Metadata定义了多个虚函数，其定义的方法如下：
其中identity_hash()方法返回的实际是该对象的内存地址，如下图：
其中跟stack相关的三个方法是类重定义（class redefinition）期间使用的，跟Java栈帧无关。
一个Klass提供两方面的功能：实现Java语言层面的类和提供多态方法的支持。C++类实例通过保存typeinfo指针实现RTTI，通过vtbl指针实现多态，Hotspot的Oop-Klass模型将这两者整合到Klass中，Java类实例只需保留一个Klass指针即可实现RTTI和多态，能够有效降低指针的内存占用。大致方案是用Oop表示Java实例，主要用于表示实例数据，不提供任何虚函数功能，Oop保存了对应Kclass的指针，所有方法调用通过Klass完成并通过Klass获取类型信息，Klass基于C++的虚函数提供对Java多态的支持。Klass作为父类主要职责是描述了类的继承关系， 其包含的重要属性如下：
_layout_helper：_layout_helper是对象内存布局的一个组合描述符，如果不是InstanceKclass或者ArrayKlass，则该值为0.对InstanceKclass而言，该值表示对象的以字节为单位的内存占用空间，对ArrayKlass而言，该值是一个组合起来的假数字，包含4部分，具体怎么组合和解析由子类实现：
tag：如果数组元素是对象实例则是0x80,否则是0xC0hsz: 数组头元素的字节数ebt：数组元素的类型，枚举值BasicTypeesz：数组元素大小，以字节为单位该值因为被频繁查询，所以放在虚函数表指针的后面。
_super_check_offset：用于快速查找supertype的一个偏移量
_secondary_super_cache：Klass指针，上一次observed secondary supertype
_secondary_supers：Klass指针数组，指向secondary supertype，即类实现的接口对应的Kclass
_primary_supers：Klass指针数组，大小固定为8，指向primary supertypes，即默认继承的类如Object
_name： 类名，如java/lang/String，[Ljava/lang/String
_java_mirror： oopDesc指针，此类对应的java/lang/Class实例，可以据此访问类静态属性
_super：Klass指针，父类
_subklass：Klass指针，子类
_next_sibling：Klass指针，该类的下一个子类
_next_link：Klass指针，ClassLoader加载的下一个Klass
_class_loader_data ：ClassLoaderData指针，加载该类的ClassLoader
_modifier_flags： 修改标识，Class.getModifiers使用
_access_flags：获取类的修饰符，如private类访问控制，final，static，abstract ，native等
测试用例如下：
package jvmTest; import java.lang.management.ManagementFactory; import java.lang.management.RuntimeMXBean; interface interTest{ void show(); } class Base{ private int a=1; public void print(){ System.out.println("Base"); } } class Base2 extends Base{ public int a; public Base2(int a) { this.a = a; } public void print(){ System.out.println("Base2"); } } class A extends Base2 implements interTest { public int b; public A(int a,int b) { super(a); this.b=b; } @Override public void show() { System.out.println("a->"+a+",b="+b); } public void print(){ System.out.println("A"); } } class B extends A{ private int c; public B(int a, int b) { super(a, b); c=3; } @Override public void show() { System.out.println("a->"+a+",b="+b+",c="+c); } public void print(){ System.out.println("B"); } } public class MainTest { public static void main(String[] args) { A a=new A(1,2); a.show(); A[] a2={a,new B(2,3)}; while (true){ try { System.out.println(getProcessID()); Thread.sleep(600*1000); } catch (Exception e) { } } } public static final int getProcessID() { RuntimeMXBean runtimeMXBean = ManagementFactory.getRuntimeMXBean(); System.out.println(runtimeMXBean.getName()); return Integer.valueOf(runtimeMXBean.getName().split("@")[0]) .intValue(); } }使用HSDB Class Browser查看jvmTest.A的Kclass，如下图：
使用Inspector可查看该Klass的各属性，如下图：
比如_super属性，无法直观的看出该属性对应的类是什么类，可以选中该行，然后复制出@后的地址，在Code Viewer中查询，如下图：
Klass定义了处理_layout_helper的各种工具方法，如layout_helper_is_instance，layout_helper_is_array等，定了处理_access_flag的各种工具方法，如is_abstract，is_interface等，定义跟Klass本身直接相关的方法，如is_subclass_of，is_subtype_of，find_field，lookup_method，verify，print_on等，多数是虚方法。
在哪去找Oop了？可以通过Stack Memory查看线程栈中局部变量所指向的Oop，也可通过scanoops搜索指定类型的Oop，拿到地址后，通过Inspect查看，以Stack Memory为例说明：
jvmTest.A的实例通过_metadata._compressed_klass属性保存了对jvmTest/A的InstanceKlass的引用，该实例有3个属性，分别是继承自Base的int a，继承自Base2的int a，jvmTest.A自己的int b。具体Oop的类定义和内存结构且听下回分解。
InstanceKlass是Java Class在JVM层面的内存表示，包含了类在执行过程中需要的所有信息。
InstanceKlass在Klass基础上新增的重要属性如下：
_annotations：Annotations指针，该类使用的所有注解
_array_klasses： 数组元素为该类的数组Klass指针
_constants： ConstantPool指针，该类的常量池
_inner_classes：用一个ushort数组表示当前类的内部类属性和闭包(EnclosingMethod)属性,参考Class类中的getEnclosingXX、getDeclaredXX
_array_name： 根据类名计算的以该类的数组的名字
_nonstatic_field_size：非静态字段的内存大小，以heapOopSize为单位，默认使用压缩指针时heapOopSize是int的大小
_static_field_size：静态字段的内存大小，以字宽（HeapWordSize，实际是一个指针变量的内存大小）为单位
_generic_signature_index：常量池中保存该类的Generic signature的索引
_source_file_name_index：包含此类的源文件名在常量池中索引
_static_oop_field_count：此类的包含的静态引用类型字段的数量
_java_fields_count：总的字段数量
_nonstatic_oop_map_size：非静态的oop map block的内存大小，以字宽为单位
_minor_version：此类的主版本号
_major_version：此类的次版本号
_init_thread：执行此类初始化的Thread指针
_vtable_len：Java 虚函数表(vtable)的内存大小，以字宽为单位
_itable_len：Java 接口函数表（itable）的内存大小，以字宽为单位
_oop_map_cache：OopMapCache指针，该类的所有方法的OopMapCache
_member_names: MemberNameTable指针，保存了成员名
_jni_ids：JNIid指针，该类的第一个静态字段的JNIid，可以根据其_next属性获取下一个字段的JNIid
_methods_jmethod_ids：jmethodID指针，java方法的ID列表
_dependencies：nmethodBucket指针，依赖的本地方法，以根据其_next属性获取下一个nmethod
_osr_nmethods_head：栈上替换的本地方法链表的头元素
_cached_class_file: class文件的内容，JVMTI retransform时使用
_idnum_allocated_count：已经分配的方法的idnum的个数，可以根据该ID找到对应的方法，如果JVMTI有新增的方法，已分配的ID不会变
_init_state：类的状态，是一个枚举值ClassState，allocated（已分配内存），loaded（从class文件读取加载到内存中），linked（已经成功链接和校验），being_initialized（正在初始化），fully_initialized（已经完成初始化），initialization_error（初始化异常）
_reference_type：引用类型
_methods：方法指针数组，类方法
_default_methods：方法指针数组，从接口继承的默认方法
_local_interfaces：Klass指针数组，直接实现的接口Klass
_transitive_interfaces：Klass指针数组，所有实现的接口Klass，包含_local_interfaces和通过继承间接实现的接口
_method_ordering：int数组，保存类中方法声明时的顺序，JVMTI使用
_default_vtable_indices：默认方法在虚函数表中的索引
_fields：类的字段属性，每个字段有6个属性，access, name index, sig index, initial value index, low_offset, high_offset，6个组成一个数组，access表示访问控制属性，根据name index可以获取属性名，根据initial value index可以获取初始值，根据low_offset, high_offset可以获取该属性在内存中的偏移量
接下来几个属性是内嵌的在类中的，没有对应的属性名，只能通过指针和偏移量的方式访问：
Java vtable：Java虚函数表，大小等于_vtable_len
Java itables：Java接口函数表，大小等于 _itable_len
非静态oop-map blocks ，大小等于_nonstatic_oop_map_size
接口的实现类，仅当前类表示一个接口时存在，如果接口没有任何实现类则为NULL，如果只有一个实现类则为该实现类的Klass指针，如果有多个实现类，为当前类本身
host klass，只在匿名类中存在，为了支持JSR 292中的动态语言特性，会给匿名类生成一个host klass。
测试用例：
package jvmTest; import javax.xml.bind.annotation.XmlElement; import java.lang.management.ManagementFactory; import java.lang.management.RuntimeMXBean; interface interTest { void show(); } interface interTest2 { void show2(); } class Base { private int a = 1; public void print() { System.out.println("Base"); } } class Base2 extends Base implements interTest2 { public int a; public Base2(int a) { this.a = a; } @Override public void print() { System.out.println("Base2"); } @Override public void show2() { System.out.println("show2 Base2 "); } } class A extends Base2 implements interTest { @XmlElement public int b; public static int si = 10; public static String ss = "test"; public A(int a, int b) { super(a); this.b = b; } @Override public void show() { System.out.println("a->" + a + ",b=" + b); } @Override public void print() { System.out.println("A"); } public void print2() { System.out.println("A2"); } } class B extends A { private int c; public B(int a, int b) { super(a, b); c = 3; } @Override public void show() { System.out.println("a->" + a + ",b=" + b + ",c=" + c); } @Override public void print() { System.out.println("B"); } } public class MainTest { public static void main(String[] args) { A a = new A(1, 2); a.show(); A[] a2 = {a, new B(2, 3)}; while (true) { try { System.out.println(getProcessID()); Thread.sleep(600 * 1000); } catch (Exception e) { } } } public static final int getProcessID() { RuntimeMXBean runtimeMXBean = ManagementFactory.getRuntimeMXBean(); System.out.println(runtimeMXBean.getName()); return Integer.valueOf(runtimeMXBean.getName().split("@")[0]) .intValue(); } }在Inspector界面查找到_methods属性如下图：
Array对象的_data属性是一个T[]，_data的地址就是头元素的地址，如下图：
可以用mem查看剩下的几个元素的地址，如下图：
与Code View界面查看的方法地址一致，如下图：
对应的_idnum_allocated_count的属性也是5，即总共5个方法，如下图：
_local_interfaces属性的长度为1，如下图：
_data[0]对应的Kclass就是interTest，如下图：
_transitive_interfaces属性的长度为2，如下图：
使用mem查看两个Klass的地址，如下图：
第二个就是interTest，第一个对应的Klass如下图：
interTest2不是jvmTest.A直接实现的接口，而是通过继承Base2间接实现的接口。
_fields字段记录了所有字段的相关属性，单个field的各属性用一个类FieldInfo表示，在fieldInfo.hpp中定义，FieldInfo本身也是用一个u2数组来保存各属性，并定义了一个枚举来对应数组各索引的具体含义，如下图：
根据这些offset计算属性的属性名或者初始化值，逻辑较为复杂，不能直观的判断，这里不做探讨。
_java_fields_count的属性为3，jvmTest.A一共三个字段，b,si,ss，如下：
_source_file_name_index的值为42，可以查看常量池中42对应的选项，如下图：
_nonstatic_field_size大小为3，单位是heapOopSize，开启指针压缩时跟int大小一样，因为有Base和Base2各有一个int，A有一个int，总共3个。_static_field_size的大小1，单位是HeapWord，跟指针大小一样，在64位CPU下是8字节，A的static变量有两个，si是4字节，ss开启指针压缩后也是4字节，加起来是8字节。_static_oop_field_count为1，A只有一个静态的String类型的字段ss。
heapOopSize的定义在globalDefinitions.hpp中，如下图：
HeapWord的定义也在 globalDefinitions.hpp中，如下图：
InstanceKlass除定义了与上述属性相关的方法外，还定义以下几类方法：
获取类方法相关的，如method_with_idnum，find_method，find_method_by_name，find_method_impl等获取字段属性相关的，如field_name, find_field, find_interface_field等类加载相关的，如link_class_impl，verify_code，initialize_impl等用于遍历oop，垃圾回收使用的oop_oop_iterate系列方法，如oop_oop_iterate_nv(oop,G1ParScanClosure)根据Klass创建Oop的方法，如allocate_instance，allocate_objArray等Method用于表示一个Java方法，因为一个应用有成千上万个方法，因此保证Method类在内存中短小非常有必要。为了本地GC方便，Method把所有的指针变量和方法大小放在Method内存布局的前面，方法本身的不可变数据如字节码用ConstMethod表示，可变数据如Profile统计的性能数据等用MethodData表示，都通过指针访问。如果是本地方法，Method内存结构的最后是native_function和signature_handler，按照解释器的要求，这两个必须在固定的偏移处。Method没有子类，定义在method.hpp文件中，其类继承关系如下图：
Method包含的属性如下：
_constMethod：ConstMethod指针，该类定义constMethod.hpp中，用于表示方法的不可变的部分，如方法ID，方法的字节码大小，方法名在常量池中的索引等，注意其中_constMethod_size的单位为字宽，_code_size的单位是字节，其内存结构如下图，因为异常检查表平均长度小于2，本地变量表大多数情况下没有，所以这两个没有被压缩保存。访问这些内嵌表都很快，不是性能瓶颈。ConstMethod提供了获取内嵌部分如字节码的起始地址，然后可以据此方法字节码了。
_method_data：MethodData指针，该类在methodData.hpp中定义，用于表示一个方法在执行期间收集的相关信息，如方法的调用次数，在C1编译期间代码循环和阻塞的次数，Profile收集的方法性能相关的数据等。
_method_counters：MethodCounters指针，该类在methodCounters.hpp中定义，用于记录方法调用次数，方法抛出异常的次数，方法断点的个数，主要用于基于调用频率的热点方法的跟踪统计。
_access_flags：AccessFlags类，表示方法的访问控制标识
_vtable_index： 该方法在vtable表中的索引
_method_size：这个Method对象的大小，以字宽为单位
_compiled_invocation_count：被编译成本地方法后调用的次数
_i2i_entry：解释器的入口地址
_adapter：此方法在解释器和编译器执行的适配器
_from_compiled_entry：执行编译后的代码的入口地址
_code：nmethod类指针，表示该方法编译后的本地代码
_from_interpreted_entry：code ? _adapter->i2c_entry() : _i2i_entry的缓存
以上一节的示例中的print2()方法为例进行分析，Class Brower中找到该方法的地址，然后在Inspector中查看，如下图：
其中_name_index即方法名在常量池的索引是39，方法签名在常量池的索引是37，常量池对应的数据如下图：
方法签名中()表示方法入参，V表示方法无返回值。
_max_locals即方法栈帧中本地变量的最大个数，为1，因为方法中只有一个本地变量，字符串A2, _max_stack即方法栈帧的对象的最大个数，为2，这个是方法的字节码决定的，第一步是获取System的out对象将其入栈，第二步是将字符串A2入栈，第三步将已入栈的两个对象作为入参调用println方法，所以栈帧的最大深度是2，
使用inspect命令查看print2方法的地址，如下图：
size是88，这个size是用sizeof算出来的，单位是字节，_method_size是11，单位是字段，8字节，两者一致。
接着用mem命令查看具体的内存数据，如下图：
第一个8字节是kclass header，第二个8字节就是属性_constMethod的值了，第三和第四个8字节都是0，即空指针，对应methodData属性和methodCounters属性，两者都是空指针；第五个8字节分别是_vtable_index，取值是8和_access_flags，取值是1；第六个8字节分别是_intrinsic_id和_method_size，前者取值0，后者取值11；第七个8字节是_i2i_entry的地址，第八个8字节是_adapter的地址，跟inspect的结果一致；第九个8字节是_from_compiled_entry的地址，第十个8字节是_code的地址，空指针；第十一个8字节是_from_interpreted_entry的地址。
再看ConstMethod的内存结构，用printas和mem命令查看，如下图：
ConstMethod的内存大小是48字节，但是_constMethod_size是10*8=80字节，多出来的32字节就是内嵌到ConstMethod中的字节码，代码行号表，异常检查表等，这部分没有对应的属性所以sizeof没有统计这部分对应的内存。
第一个8字节是_fingerprint, 第二个8字节是常量池指针_constants，第三个8字节是空指针_stackmap_data，第四个8字节是属性_constMethod_size，取值10，占后4字节，前面2字节是_flags，取值5，开始的2字节是填充的；第五个8字节分别是属性_method_idnum，取值4，_signature_index，取值37，_name_index，取值39，_code_size，取值9，给占2字节；第6个8字节分别是属性_method_idnum，取值4，_max_locals，取值1，_size_of_parameters，取值1，_max_stack取值2，至此ConstMethod的所有属性都有对应的内存区域，刚好48字节。
ConstMethod的第十个8字节的起始地址是0x0000000016c539d0，下一个8字节的起始地址是0x0000000016c539d8，刚好是Method的起始地址，说明这两者在内存中是紧挨着的。
C++中的vtable只包含虚函数，非虚函数在编译期就已经解析出正确的方法调用了。Java vtable除了虚方法外还包含了其他的非虚方法。vtable中的一条记录用vtableEntry表示，该类在klassVtable.hpp中定义，该类只有一个属性Method* _method，只是对Method*做了简单包装而已，提供了相关的便利方法。访问vtable需要通过klassVtable类，该类也是在klassVtable.hpp中定义，提供了访问vtable中的方法的便利方法，如Method* method_at(int i)，int index_of(Method* m)等，其实现都是基于vtable的内存起始地址和内存偏移来完成的。
klassVtable包含三个属性，分别是_klass（该vtable所属的klass），_tableOffset（vtable在klass实例内存中的偏移量），_length（vtable的长度，即vtableEntry的条数，因为一个vtableEntry实例只包含一个Method*，其大小等于字段，所以vtable的长度跟vtable以字宽为单位的内存大小相同），_verify_count（用于记录vtable是否已经校验并初始化完成）如下图：
继续以InstanceKlass中的示例代码说明，使用inspect命令查看jvmTest.A的内存大小为440字节，即55字宽，如下图：
在440字节之后就是vtable了，其长度是9，用 mem 0x000000013f541240 56查看440字节之后的起始地址为0x000000013f5413f8，然后查看该地址之后9字宽的内容，如下图：
可以在Code Viewer中查看这9个方法地址对应的方法实现，如下图：
9个地址对应的方法如下：
Java itable是Java接口函数表，为了方便查找某个接口对应的方法实现。itable的结构比vtable复杂，除了记录方法地址外还得记录该方法所属的接口类klass地址，其中方法地址用itableMethodEntry表示，跟vtableEntry一样，只包含了一个Method* _method属性，方法所属的接口类klass地址用itableOffsetEntry表示，包含两个属性Klass* _interface（该方法所属的接口）和int _offset（该接口下的第一个方法itableMethodEntry相对于所属Klass的偏移量）。itable的内存布局如下：
这两者都是成对出现的。访问itable通过类klassItable实现，该类包含4个属性：_klass（itable所属的Klass），_table_offset（itable在所属Klass中的内存偏移量），_size_offset_table（itable中itableOffsetEntry的条数），_size_method_table(itable中itableMethodEntry的条数），如下图：
通过mem查看itable 8个字段的内存，如下图：
用Code Viewer可以查看各地址对应的接口类和方法，如下图：
其中 0x000000013f541470 减去 A的起始地址 0x000000013f541240，刚好就是偏移量0x230，即相对于vtable偏移15个字宽，vtable本身占9个字宽，加上x000000013f541470前面的6个字宽，刚好15个字宽。
InstanceKlass一共有3个特殊子类，如下：
InstanceClassLoaderKlass，没有添加新的字段，增加了新的oop遍历方法，主要用于类加载器依赖遍历使用。InstanceRefKlass，用于表示java/lang/ref/Reference的子类，这些类需要垃圾回收器特殊处理，因此改写了原有的oop_oop_iterate中用于垃圾回收的相关方法。InstanceMirrorKlass，用于表示特殊的java.lang.Class类，java.lang.Class对应的OopDesc实例用于保存类的静态属性，因此他们的实例大小不同，需要特殊的方式来计算他们的大小以及属性遍历。Klass的属性_java_mirror就指向保存该类静态字段的OopDesc实例，可通过该属性访问类的静态字段。将jvmTest.A的静态属性改成4个int变量，如下图：
通过HSDB可以查看_java_mirror属性，如下图：
ArrayKlass继承自Klass，是所有数组类的抽象基类，在Klass的基础上增加如下属性：
_dimension：int类型，表示数组的维度，记为n_higher_dimension：Klass指针，表示对n+1维数组Klass的引用_lower_dimension: Klass指针，表示对n-1维数组Klass的引用_vtable_len: int类型， 虚函数表的长度_component_mirror：oop， 数组元素对应的java/lang/Class的Oop该类的方法不多，主要是跟属性相关的方法，比较重要的就是两个分配数组内存的方法multi_allocate和allocate_arrayArray。
ObjArrayKlass是ArrayKlass的子类，用于表示元素是类的数组或者多维数组，该类新增了两个属性：
_element_klass：Klass指针，数组元素对应的Klass引用，如果是多维数组，则是对应数组元素的ObjArrayKlass的引用 _bottom_klass：一维数组的类型，可以是InstanceKlass或者TypeArrayKlass该类主要增加了两个用于数组复制的重要方法，copy_array和do_copy，以及用于垃圾回收的oop_oop_iterate的相关方法。
TypeArrayKlass是ArrayKlass的子类，用于表示元素是基本类型如int的数组，该类新增一个属性：
_max_length：该数组的最大长度同ObjArrayKlass也增加了数组复制方法copy_array和用于垃圾回收的oop_oop_iterate的相关方法。
测试用例如下：
package jvmTest; import java.lang.management.ManagementFactory; import java.lang.management.RuntimeMXBean; class C{ private static int a=1; private int b=2; public C(int b) { this.b = b; } } public class MainTest2 { public static void main(String[] args) { C[] c={new C(1)}; C[][] c2={{new C(2),new C(3)},{new C(4)}}; int[] i={1}; int[][] i2={{1,2},{3,4,5}}; while (true) { try { System.out.println(getProcessID()); Thread.sleep(600 * 1000); } catch (Exception e) { } } } public static final int getProcessID() { RuntimeMXBean runtimeMXBean = ManagementFactory.getRuntimeMXBean(); System.out.println(runtimeMXBean.getName()); return Integer.valueOf(runtimeMXBean.getName().split("@")[0]) .intValue(); } }因为数组不是一个单独的class，所以无法在Class Browser中查看，只能在Stack Memery中查看线程栈中4个数组变量所引用的ArrayKlass对应的OopDesc来查看，如下图：
4个局部数组变量加上main方法的入参args，该参数是String数组，刚好是5个，这5个变量的顺序是按照线程栈入栈的顺序来的，最下面的是args，从下到上依次是c,c2,i,i2。用Inspect查看该地址对应的数据，i2如下图：
c2的如下图：
上图可知，基本类型数组用TypeArrayKlass表示，类数组或者多维数组用ObjArrayKlass表示，可将对应的TypeArrayKlass或者ObjArrayKlass展开查看对应的属性。
