你寫的Java對象究竟佔多少內存？

時間 2020-02-28

標籤寫的 java 對象究竟多少內存欄目 Java 简体版

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概述

Java 做爲一個面嚮對象語言，給咱們帶來了多態，繼承，封裝等特性，使得咱們能夠利用這些特性很輕鬆的就能構建出易於擴展，易於維護的代碼。做爲一個Javaer，每天搞「對象」，那你寫的對象究竟佔用了多少內存呢？咱們來看看你的「對象」是如何「敗家」的。html

本文環境：jdk1.8_64java

Java 對象頭內存模型

想要了解Java對象究竟佔用多少內存一定先要了解一個Java 對象的內存模型是怎麼樣的？因爲咱們的虛擬機是分爲32位和64位，那確定它們的模型也是有區別的，下面我列出列32位虛擬機和64位虛擬機下的Java對象頭內存模型。git

由於筆者的本地環境是jdk1.8,64位虛擬機，這裏我以64位虛擬機（開啓指針壓縮）來分析，由於默認狀況下，jdk1.8 在64位虛擬機默認開啓指針壓縮。程序員

Java 對象頭主要包括兩部分，第一部分就是 Mark Word，這也是 Java 鎖實現原理中重要的一環，另一部分是 Klass Word。github

Klass Word 這裏實際上是虛擬機設計的一個oop-klass model模型，這裏的OOP是指Ordinary Object Pointer（普通對象指針），看起來像個指針其實是藏在指針裏的對象。而 klass 則包含元數據和方法信息，用來描述 Java 類。它在64位虛擬機開啓壓縮指針的環境下佔用 32bits 空間。bash

Mark Word 是咱們分析的重點，這裏也會設計到鎖的相關知識。Mark Word 在64位虛擬機環境下佔用 64bits 空間。整個Mark Word的分配有幾種狀況：maven

未鎖定（Normal）： 哈希碼（identity_hashcode）佔用31bits，分代年齡（age）佔用4 bits，偏向模式（biased_lock）佔用1 bits，鎖標記（lock）佔用2 bits，剩餘26bits 未使用(也就是全爲0)
可偏向（Biased）： 線程id 佔54bits，epoch 佔2 bits，分代年齡（age）佔用4 bits，偏向模式（biased_lock）佔用1 bits，鎖標記（lock）佔用2 bits，剩餘 1bit 未使用。
輕量鎖定（Lightweight Locked）：鎖指針佔用62bits，鎖標記（lock）佔用2 bits。
重量級鎖定（Heavyweight Locked）：鎖指針佔用62bits，鎖標記（lock）佔用2 bits。
GC 標記：標記位佔2bits，其他爲空（也就是填充0）

以上就是咱們對Java對象頭內存模型的解析，只要是Java對象，那麼就確定會包括對象頭，也就是說這部份內存佔用是避免不了的。因此，在筆者64位虛擬機，Jdk1.8（開啓了指針壓縮）的環境下，任何一個對象，啥也不作，只要聲明一個類，那麼它的內存佔用就至少是96bits，也就是至少12字節。ide

驗證模型

咱們來寫點代碼來驗證一下上述的內存模型，這裏推薦openjdk的jol工具，它能夠幫助你查看對象內存的佔用狀況。工具

首先添加maven依賴oop

<dependency>
            <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
            <artifactId>jol-core</artifactId>
            <version>0.10</version>
        </dependency>
複製代碼

咱們先來看看，若是隻是新建一個普通的類，什麼屬性也不添加，佔用的空間是多少？

/**
 * @description:
 * @author: luozhou
 * @create: 2020-02-26 10:00
 **/
public class NullObject {

}
複製代碼

按照咱們以前的Java對象內存模型分析，一個空對象，那就是隻有一個對象頭部，在指針壓縮的條件下會佔用 96 bits，也就是12bytes。

運行工具查看空間佔用

public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new NullObject()).toPrintable());
    }
複製代碼

上面這行代碼會解析你新建一個NullObject對象，佔用了多少內存。咱們執行看看結果如何：

這裏咱們發現結果顯示：Instance size：16 bytes,結果就是16字節，與咱們以前預測的12字節不同，爲何會這樣呢？咱們看到上圖中有3行 object header，每一個佔用4字節，因此頭部就是12字節，這裏和咱們的計算是一致的，最後一行是虛擬機填充的4字節，那爲何虛擬機要填充4個字節呢？

什麼是內存對齊

想要知道爲何虛擬機要填充4個字節，咱們須要瞭解什麼是內存對齊？

咱們程序員看內存是這樣的：

上圖表示一個坑一個蘿蔔的內存讀取方式。但實際上 CPU 並不會以一個一個字節去讀取和寫入內存。相反 CPU 讀取內存是一塊一塊讀取的，塊的大小能夠爲二、四、六、八、16 字節等大小。塊大小咱們稱其爲內存訪問粒度。以下圖：

假設一個32位平臺的 CPU，那它就會以4字節爲粒度去讀取內存塊。那爲何須要內存對齊呢？主要有兩個緣由：

平臺（移植性）緣由：不是全部的硬件平臺都可以訪問任意地址上的任意數據。例如：特定的硬件平臺只容許在特定地址獲取特定類型的數據，不然會致使異常狀況。
性能緣由：若訪問未對齊的內存，將會致使 CPU 進行兩次內存訪問，而且要花費額外的時鐘週期來處理對齊及運算。而自己就對齊的內存僅須要一次訪問就能夠完成讀取動做。

我用圖例來講明 CPU 訪問非內存對齊的過程：

在上圖中，假設CPU 是一次讀取4字節，在這個連續的8字節的內存空間中，若是個人數據沒有對齊，存儲的內存塊在地址1，2，3，4中，那CPU的讀取就會須要進行兩次讀取，另外還有額外的計算操做：

CPU 首次讀取未對齊地址的第一個內存塊，讀取 0-3 字節。並移除不須要的字節 0。
CPU 再次讀取未對齊地址的第二個內存塊，讀取 4-7 字節。並移除不須要的字節五、六、7 字節。
合併 1-4 字節的數據。
合併後放入寄存器。

因此，沒有進行內存對齊就會致使CPU進行額外的讀取操做，而且須要額外的計算。若是作了內存對齊，CPU能夠直接從地址0開始讀取，一次就讀取到想要的數據，不須要進行額外讀取操做和運算操做，節省了運行時間。咱們用了空間換時間，這就是爲何咱們須要內存對齊。

回到Java空對象填充了4個字節的問題，由於原字節頭是12字節，64位機器下，內存對齊的話就是128位，也就是16字節，因此咱們還須要填充4個字節。

非空對象佔用內存計算

咱們知道了一個空對象是佔用16字節，那麼一個非空對象究竟佔用多少字節呢？咱們仍是寫一個普通類來驗證下：

public class TestNotNull {
    private NullObject nullObject=new NullObject();
    private int a;
}
複製代碼

這個演示類中引入了別的對象，咱們知道int類型是佔用4個字節,NullObject對象佔用16字節，對象頭佔12字節，還有一個很重要的狀況 NullObject在當前這個類中是一個引用，因此不會存真正的對象，而只存引用地址，引用地址佔4字節，因此總共就是12+4+4=20字節，內存對齊後就是24字節。咱們來驗證下是否是這個結果：

public static void main(String[] args) {
        //打印對象內存佔用
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new TestNotNull()).toPrintable());
        System.out.println("=========================");
        //輸出對象相關全部內存佔用
        System.out.println(GraphLayout.parseInstance(new TestNotNull()).toPrintable());
        System.out.println("=========================");
        //輸出內存佔用統計
        System.out.println(GraphLayout.parseInstance(new TestNotNull()).toFootprint());
    }
複製代碼

結果以下：

咱們能夠看到TestNotNull的類佔用空間是24字節，其中頭部佔用12字節，變量a是int類型，佔用4字節,變量nullObject是引用，佔用了4字節，最後填充了4個字節，總共是24個字節，與咱們以前的預測一致。可是，由於咱們實例化了NullObject,這個對象一會存在於內存中，因此咱們還須要加上這個對象的內存佔用16字節，那總共就是24bytes+16bytes=40bytes。咱們圖中最後的統計打印結果也是40字節，因此咱們的分析正確。

這也是如何分析一個對象真正的佔用多少內存的思路，根據這個思路加上openJDK的jol工具就能夠基本的掌握本身寫的「對象」究竟敗家了你多少內存。