HashMap put 一百万个 kv 都是 Int 类型的数据需要多少空间?

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问题

代码实践

实验结果

Java对象内存布局

对象头：

实例数据：

对齐填充：

HashMap本身占用内存

Node占用内存

参考文章

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本文内容来源于摘抄总结实践

 

问题

kv都是 int，一个 int 4 byte，就是100w * 8那就是8M，或者存储的是包装类 Integer ，一个 Integer 16 byte，那就是32 M 咯？

代码实践

通过java.lang.Runtime类中的freeMemory()方法来进行测试，输出freeMemory前，调用一次System.gc()，得出结论是百万键值对的HashMap占用大约69M空间。

package Java2;

import java.util.HashMap;

/**
 * @author ranbo
 * @version V1.0
 * @Title:
 * @Package Java2
 * @Description:
 * @date 2018/7/26 下午10:55
 */
public class HashMapUseMemory {



    public static void main(String[] args) {
        double start = 0;
        double end = 0;
        System.gc();
        start = Runtime.getRuntime().freeMemory();  // 在java程序运行的过程的，内存总是慢慢的从操作系统那里挖的，基本上是用多少挖多少，但是java虚拟机100％的情况下是会稍微多挖一点的，
                                                    // 这些挖过来而又没有用上的内存，实际上就是freeMemory()
        System.out.println("start: " + start);
        System.out.println("end: " + end);
        HashMap hashMap = new HashMap<>();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            hashMap.put(i, 128);   // value 为128 和 127 就是int和Integer的区别，(16 byte - 4 byte) * 100w就是 12 M的样子  IntegerCache
            if(i % 10000 == 0) {
                end = Runtime.getRuntime().freeMemory();
                System.out.println("start: " + start);
                System.out.println("end: " + end);
                System.out.println("HashMap对象占内存：" + (end - start) + " byte");
                System.out.println("HashMap对象占内存：" + (end - start) / (1024 * 1024) + " M");
            }
        }
        end = Runtime.getRuntime().freeMemory();
        System.out.println("start: " + start);
        System.out.println("end: " + end);
        System.out.println("HashMap对象占内存：" + (end - start) + " byte");
        System.out.println("HashMap对象占内存：" + (end - start) / (1024 * 1024) + " M");
        System.out.println("----------清除了没有对象引用的对象");  // 即不可达对象
        System.gc(); // 清除了没有对象引用的对象，比如里面的临时变量，个人觉得 hash 也是

        end = Runtime.getRuntime().freeMemory();
        System.out.println("start: " + start);
        System.out.println("end: " + end);
        System.out.println("HashMap对象占内存：" + (end - start) + " byte");
        System.out.println("HashMap对象占内存：" + (end - start) / (1024 * 1024) + " M");
    }

}

}

实验结果

那接下来我们就来分析为啥会有这么多内存占用

Java对象内存布局

Java对象的内存布局包括：对象头(Header)，实例数据(Instance Data)和补齐填充(Padding)。

对象头：

64位机器上，默认不开启指针压缩（-XX:-UseCompressedOops）的情况下，对象头占用12bytes，开启指针压缩（-XX:+UseCompressedOops）则占用16bytes。

实例数据：

原生类型（primitive type）的内存占用如下：

Primitive Type	Memory Required(bytes)
byte, boolean	1 byte
short, char	2 bytes
int, float	4 bytes
long, double	8 bytes

对象引用（reference）类型在64位机器上，关闭指针压缩时占用8bytes， 开启时占用4bytes。

对齐填充：

Java对象占用空间是8字节对齐的，即所有Java对象占用bytes数必须是8的倍数。例如，一个包含两个属性的对象：int和byte，并不是占用17bytes(12+4+1)，而是占用24bytes（对17bytes进行8字节对齐）

HashMap本身占用内存

    /**
     * The table, initialized on first use, and resized as
     * necessary. When allocated, length is always a power of two.
     * (We also tolerate length zero in some operations to allow
     * bootstrapping mechanics that are currently not needed.)
     */
    transient Node[] table;

    /**
     * Holds cached entrySet(). Note that AbstractMap fields are used
     * for keySet() and values().
     */
    transient Set> entrySet;

    /**
     * The number of key-value mappings contained in this map.
     */
    transient int size;

    /**
     * The number of times this HashMap has been structurally modified
     * Structural modifications are those that change the number of mappings in
     * the HashMap or otherwise modify its internal structure (e.g.,
     * rehash).  This field is used to make iterators on Collection-views of
     * the HashMap fail-fast.  (See ConcurrentModificationException).
     */
    transient int modCount;

    /**
     * The next size value at which to resize (capacity * load factor).
     *
     * @serial
     */
    // (The javadoc description is true upon serialization.
    // Additionally, if the table array has not been allocated, this
    // field holds the initial array capacity, or zero signifying
    // DEFAULT_INITIAL_CAPACITY.)
    int threshold;

    /**
     * The load factor for the hash table.
     *
     * @serial
     */
    final float loadFactor;

所以一个HashMap对象本身的大小为：

12(header) + 4(table reference) + 4(entrySet reference) + 4(size) + 4(modCount) + 4(threshold) + 8(loadFactor) + 4(keySet reference) + 4(values reference) = 48(bytes)

接着分析testMap实例在总共占用的内存大小。

Node占用内存

根据上面对HashMap原理的介绍，可知每对键值对对应一个Node对象。根据上面的Node的数据结构，一个Node对象的大小为：

     /**
     * Basic hash bin node, used for most entries.  (See below for
     * TreeNode subclass, and in LinkedHashMap for its Entry subclass.)
     */
    static class Node implements Map.Entry {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node next;

        Node(int hash, K key, V value, Node next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }
     }

 

12(header) + 4(hash reference) + 4(key reference) + 4(value reference) + 4(next pointer reference) = 28 (padding) -> 32(bytes)

加上Key和Value两个Integer对象，一个Node占用内存总大小为：32 + 2 * 16 = 64(bytes)

100w个就是 1000000 * 64

下面分析HashMap的Node数组的大小。

根据上面HashMap的原理可知，HashMap初为满足100w个node需要扩容到 1024 * 1024 * 2，这样乘以负载因子才会大于100w，所以Node[]占用的内存大小为：

Node[] = 16(header) + 1024 * 1024 * 2 * 4(Node reference) + 1000000 *64(Node)

所以，testMap占用的内存总大小为：

48(map itself) + (16 + (1024 * 1024 * 2 * 4) + 64 * 1000000)(Node[]) = = 72388672 byte

72388672 byte / (1024 *1024) = 69.03521728515625 M

 

 

 

 

 

 

 

 

参考文章

一个1000万HashMap，会占用多少空间内存？

Java对象内存占用分析

Java中HashMap结构自身占用的内存和Runtime类的freeMemory()等几个方法