sizeof (Java.Object) = ?

怎么精确计算Java对象的大小？...



前几天，老王收到一个网友Ape的问题，关于java里new ArrayList()实际消占用了多少内存的问题。刚看到这个问题的时候，老王觉得还挺紧张的，因为之前也没有仔细去算过这个问题。接下来两天，老王赶紧掏出小本本，去研究&计算了一下他究竟占用了多少内存。

这个点虽然不大，但是却蛮有意思。可能好多写java的朋友，也没有深入去想过这个问题。所以，老王今天就跟大家分享分享。（在此先感谢Ape的问题~）。

学过c语言的朋友应该知道，在c语言里，有一个sizeof的关键字，他能度量一个c语言的类型或者变量的大小，比如：sizeof(int)= 4, sizeof(char) = 1等等。但是，在java里，却没有这样一个sizeof的东东，让我们很方便的计算对象占用的内存大小。那我们有没有办法去衡量一个java对象的大小呢？java对象的内存分配的原则又是怎么样的呢？接下来，老王就细细给大家介绍一下。

申明：今天所聊的东西，都是基于sun公司的Java HotSpot(TM)这个虚拟机的（就是我们平常使用最多的那个），其他虚拟机还没有研究过。

一、工具

老王一直比较赞同一个观点：工欲善其事，必先利其器。所以，在做这个事情之前，我们先把工具弄好，看看有没有办法用工具来度量，或者实现类似sizeof这样的功能。去搜索引擎查找，发现java自身是有提供相关接口的，不过呢，就是用起来麻烦些。我们也按照这个方法去弄吧。

1、java.lang.instrument.Instrumentation

先看第一个工具：Instrument。这是一个接口，提供一个getObjectSize的方法，可以实现类似sizeof的功能。不过，需要做三个工作：

a、写一个类，实现premain方法，获取启动时传入的Instrumentation对象；

b、将这个类打包成jar（需要带上MANIFEST.MF文件）；

c、在java启动参数中加入javaagent参数，指向刚刚打包的jar：java -javaagent:meminfo.jar

以下就是老王的实现：





2、sun.misc.Unsafe

这个类提供objectFieldOffset这个方法，可以获取类对象里面每个属性在内存位置里的偏移量。但是呢，要获取这个对象比较麻烦（具体可以去看看相关源代码），要用到反射这个黑科技：



获取到这个Unsafe对象以后，我们就可以用他来得到某个对象的属性的内存偏移量：



好了，有了这两个工具以后，我们写一个最简单的程序测试一下：



运行：java -javaagent:jar/meminfo.jar -XX:-UseCompressedOops -cp bin com.simplemain.test_size.Test



好了，我们看到运行的结果：Integer对象占用24Bytes，Parent：24Bytes，Sub：48Bytes。那这些内存是怎么算出来的呢？

二、内存的计算

有了sizeof这个工具，我们还是需要了解一下计算的原理。java里有两种数据类型：基础类型（比如：int、long、short、char等等），以及对象。那接下来，我们就分两种类型来分别讲讲。

1、基础类型

基础类型似乎没有什么可以讲的，因为HotSpot已经规定好了，大体就是这样的。



其实，应该还要加一个类型：引用（类似c语言的指针）。Short s = new Short(); 这个s就是一个引用类型，他指向堆上一个Short类型的内存空间。那一个引用类型占多大空间呢？在32位虚拟机上是4Bytes，而64位是8Bytes。不过如果我们在启动参数中加入：-XX:+UseCompressedOops这个参数，就表明启用对象指针压缩，这个时候，一个引用只占用4Bytes。如果用的是-XX:-UseCompressedOops这个参数，则表明关闭压缩，仍然是8Bytes。据说，从Java SE 6u23之后的64位版本就默认打开了对象指针压缩。

2、对象

好了，现在进入正题：java的对象的大小怎么计算？

在这之前，我们得讲讲java对象的内存模型。我们知道，java的对象分为两种：普通对象&数组对象，他们在内存上有些不一样：



是不是看着很头疼？mark、klass这些都是些啥？padding又是啥？我们就一个个的来看。

head信息（mark + klass）：

虚拟机为了要标明一个对象，需要给他做点标记，比如：是哪个类的实例、现在这个对象的锁的状态、gc状态等等额外的信息。其中，对象自身的运行时数据， 如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等等就存储在那个mark里面。在32位虚拟机里面，mark占4字节；而64位则是8字节。

那怎么表明自己是那个类的对象呢？就需要有一个指针（或者叫做引用），指向类的定义空间，这个指针就放在klass字段里。那既然是一个引用类型，在32位虚拟机下就是4Bytes，64位则看是否开启压缩：开启状态下是4Bytes，不开启则是8Bytes。

对于普通对象而言，接下来就是要计算每一个字段的大小了。比如：

public static class Parent

{

int pInt1;

}

这个里面pInt1就是一个整型，占用4字节。

所以，理论上，在64位虚拟机上，这个Parent类，应该就是8字节（mark） + 8字节（klass） + 4字节（int pInt1） = 20字节大小，对吗？

但是我们看看之前用工具测试出来的结果：

sizeof(Parent) = 24

offset -> field-name

======================

16 -> pInt1

偏移量是正确的，pInt1在第16个字节开始（之前有mark+klass）。但是总大小不对，我们算出来是20字节，但是工具算出来是24字节。那这4字节差在哪儿呢？

原来，这里有几条规则（我们以64位虚拟机为标准）：

规则1:除了对象整体需要按8字节对齐外，每个成员变量都尽量使本身的大小在内存中尽量对齐。比如 int 按 4 位对齐，long 按 8 位对齐。

所以，我们可以解释刚刚的24字节了。因为20字节不能按照8字节对齐，所以必须padding 4字节，即是对齐8字节，达到24字节。

规则2：类属性按照如下优先级进行排列：从长到短排列，引用排最后:  long/double --> int/float -->  short/char --> byte/boolean --> Reference；

据说这个顺序可以使用JVM参数:  -XX:FieldsAllocationSylte=0(默认是1)来改变。

所以，我们可以看到我们定义的

public static class Sub extends Parent

{

int sInt1;

String sString2;

long sLong3;

}

顺序是sInt1 -> sString2 -> sLong3，而工具最后打印出来的内存顺序是：

sizeof(Sub) = 48

offset -> field-name

======================

24 -> sLong3

32 -> sInt1

40 -> sString2

规则3：优先按照规则一和二处理父类中的成员，接着才是子类的成员；

也就是说，优先排列父类的成员，再排列子类的成员。

这就是为什么Sub类的成员是从24字节偏移量开始，而不是16字节开始的原因。

规则4：当父类中最后一个成员和子类第一个成员的间隔如果不够4个字节的话，就必须扩展到4个字节的基本单位；

规则5：如果子类第一个成员是一个双精度或者长整型，并且父类并没有用完8个字节，JVM会破坏规则2，按照整形（int），短整型（short），字节型（byte），引用类型（reference）的顺序，向未填满的空间填充。

是不是已经晕了？那就不用看了，反正知道有这样一个规则就好了。

而对于数组对象，就是按照我们之前的方法，mark + klass + length + type_len * count + padding 计算就行。

好了，有了上面这些知识理论，那我们来回答Ape提出的问题：newArrayList()占多大空间？

a、我们去看ArrayList的定义，可以发现：class ArrayList extends AbstractList

他是从AbstractList继承下来的，而这个父类，里面有一个成员：protected transient int modCount = 0; 再往上，就没有其他成员变量了。

b、而ArrayList自身有两个成员变量：transient Object[] elementData 和 private int size

好了，我们开始计算。这里用的64位虚拟机 + 不压缩指针大小（-XX:-UseCompressedOops）：



我们再看看工具跑出来的结果：

sizeof(ArrayList) = 40

offset -> field-name

======================

24 -> size

32 -> elementData

跟我们的推算是一样的。

怎么样，今天的内容get到了嘛？

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