Java对象结构及大小计算

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序

本文主要简述Java对象的内存布局以及其大小的计算。

Java对象内存布局

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。

对象头

HotSpot虚拟机的对象头包括两部分信息：

• 第一部分markword,用于存储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，这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机（未开启压缩指针）中分别为32bit和64bit，官方称它为“MarkWord”。

• 对象头的另外一部分是klass,类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例.

实例数据

实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的，都需要记录起来。

对齐填充

第三部分对齐填充并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。由于HotSpot VM的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，换句话说，就是对象的大小必须是8字节的整数倍。而对象头部分正好是8字节的倍数（1倍或者2倍），因此，当对象实例数据部分没有对齐时，就需要通过对齐填充来补全。

对象大小计算

要点

• 在32位系统下，存放Class指针的空间大小是4字节，MarkWord是4字节，对象头为8字节。

• 在64位系统下，存放Class指针的空间大小是8字节，MarkWord是8字节，对象头为16字节。

• 64位开启指针压缩的情况下，存放Class指针的空间大小是4字节，MarkWord是8字节，对象头为12字节。

• 数组长度4字节+数组对象头8字节(对象引用4字节（未开启指针压缩的64位为8字节）+数组markword为4字节（64位未开启指针压缩的为8字节）)+对齐4=16字节。

• 静态属性不算在对象大小内。

实例

import java.util.HashMap;
/**
 * 64位开启指针压缩的话，markword变成8字节，压缩了class指针为4字节，故对象头12字节
 * 64位没有开启指针压缩的话，markword8字节，class指针8字节，对象头16字节
 * 32位markword为4字节，class指针为4字节，对象头8字节
 *
 * 另外，静态属性所占用的空间通常不算在对象本身，因为它的引用是在方法区。
 *
 * @author xixicat
 * @created 2014-10-03
 */
public class ObjectSize {
    public static void main(String[] args){
        System.out.println(SizeOfTool.getObjectSize(new A(),SizeEnum.B));
        System.out.println(SizeOfTool.getObjectSize(new B(),SizeEnum.B));
        System.out.println(SizeOfTool.getObjectSize(new C(),SizeEnum.B));
        System.out.println(SizeOfTool.getObjectSize(new D(),SizeEnum.B));
        System.out.println(SizeOfTool.getObjectSize(new E(),SizeEnum.B));
        System.out.println(SizeOfTool.getObjectSize(new Q(),SizeEnum.B));
        /**
         * 64位压缩指针下，对象头12字节，数组长度描述4字节，数据4*100 =16+400 = 416
         */
        System.out.println(SizeOfTool.getObjectSize(new int[100],SizeEnum.B));
        /**
         * 属性4位对齐
         * 64位压缩指针下，对象头12字节，数组长度描述4字节，数据1*100，对齐后104 = 16+104 = 120
         */
        System.out.println(SizeOfTool.getObjectSize(new byte[100],SizeEnum.B));
        /**
         * 二维数组
         * 64位指针压缩下
         * 第1维数组，对象头12字节，数组长度描述4字节，2个数组引用共8字节，共24字节
         * 第2维数组，对象头12字节，数组长度描述4字节，100个数组引用共400字节，对齐后共416字节
         *         第1维的2个引用所指对象大小 = 2*416 = 832 字节
         *         共24+832 = 856字节
         */
        System.out.println(SizeOfTool.getObjectSize(new int[2][100],SizeEnum.B));
        /**
         * 二维数组
         * 64位指针压缩下
         * 第1维数组，对象头12字节，数组长度描述4字节，100个数组引用共400字节，共416字节
         * 第2维数组，对象头12字节，数组长度描述4字节，2个数组引用共8字节，共24字节
         *         第1维的100个引用所指对象大小 = 100*24 = 2400 字节
         *         共416+2400 = 2816字节
         */
        System.out.println(SizeOfTool.getObjectSize(new int[100][2],SizeEnum.B));
        System.out.println(SizeOfTool.getObjectSize(new Object(),SizeEnum.B));
        /**
         * 不算static属性
         * private final char value[];
         * private int hash; // Default to 0
         * private transient int hash32 = 0;
         *
         * 32位下，String对象头8字节，2个int类型8字节，char数组引用占4字节，共占24字节
         *        另外，还要算上value[]数组的占用，数组对象头部8字节，数组长度4字节，对齐后共占16字节
         *    =》String对象对象大小24+16 = 40字节
         * 64位开启指针压缩下（压缩指针），String对象头12字节，2个int类型8字节，char数组引用占4字节，共占24字节
         *        另外，还要算上value[]数组的占用，数组对象头部12字节，数组长度4字节，对齐后共占16字节
         *    =》String对象大小24+16=40字节
         */
        System.out.println(SizeOfTool.getObjectSize(new String(),SizeEnum.B));
        /**
         *  transient Entry[] table = (Entry[]) EMPTY_TABLE;
         *  transient int size;
         *  int threshold;
         *  final float loadFactor;
         *  transient int modCount;
         *
         * 64位开启指针压缩下，对象头部12字节，数组引用4字节，3个int12字节，float4字节，共32字节
         *                 另外，算上Entry[] = 对象头12 +属性16字节+数组长度4字节 = 32字节
         *
         *                 final K key;
         *                 V value;
         *                 Entry next;
         *                 int hash;
         *
         *                 对象头12字节，3个引用共12字节，1个int4字节  =》 一个entry至少占用28字节
         *
         *             =》32+32=64字节
         */
        System.out.println(SizeOfTool.getObjectSize(new HashMap(),SizeEnum.B));
    }
}
//32位下对象头8字节，byte占1字节，对其填充后，总占16字节
//64位开启指针压缩下对象头12字节，byte1字节，对齐后占16字节
class A{
    byte b1;
}
//32位下对象头8字节，8个byte8字节，总16字节
//64位开启指针压缩下对象头12字节，8个byte8字节，对齐后占24字节
class B{
    byte b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8;
}
//32位下对象头8字节，9个byte9字节，对其填充后，总24字节
//64位开启指针压缩下对象头12字节，9个byte9字节，对齐后占24字节
class C{
    byte b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8,b9;
}
//32位下对象头8字节，int占4字节，引用占4字节，共16字节
//64位开启指针压缩下对象头12字节，int占4字节，引用占4字节，对齐后占24字节
class D{
    int i;
    String str;
}
//32位下对象头8字节，int4字节，byte占1字节，引用占4字节，对其后，共24字节
//64位开启指针压缩下对象头12字节，int占4字节，引用占4字节，byte占1字节，对齐后占24字节
class E{
    int i;
    byte b;
    String str;
}
/**
 * 对齐有两种
 * 1、整个对象8字节对齐
 * 2、属性4字节对齐   ****
 *
 * 对象集成属性的排布
 * markword     4          8
 * class指针     4          4
 * 父类的父类属性  1         1
 * 属性对齐       3         3
 * 父类的属性     1          1
 * 属性对齐       3          3
 * 当前类的属性    1         1
 * 属性对齐填充    3          3
 * 整个对象对齐   8+12 =》 24    12+12=》24
 */
class O{
    byte b;
}
class P extends O{
    byte b;
}
class Q extends P{
    byte b;
}

参考

• 深入理解Java虚拟机（第2版）