When---什么时候需要知道对象的内存大小
在内存足够用的情况下我们是不需要考虑java中一个对象所占内存大小的。但当一个系统的内存有限,或者某块程序代码允许使用的内存大小有限制,又或者设计一个缓存机制,当存储对象内存超过固定值之后写入磁盘做持久化等等,总之我们希望像写C一样,java也能有方法实现获取对象占用内存的大小。
How---java怎样获取对象所占内存大小
在回答这个问题之前,我们需要先了解java的基础数据类型所占内存大小。
数据类型 | 所占空间(byte) |
byte | 1 |
short | 2 |
int | 4 |
long | 8 |
float | 4 |
double | 8 |
char | 2 |
boolean | 1 |
当然,java作为一种面向对象的语言,更多的情况需要考虑对象的内存布局,java对于对象所占内存大小需要分两种情况考虑:
对象类型 | 内存布局构成 |
一般非数组对象 | 8个字节对象头(mark) + 4/8字节对象指针 + 数据区 + padding内存对齐(按照8的倍数对齐) |
数组对象 | 8个字节对象头(mark) + 4/8字节对象指针 + 4字节数组长度 + 数据区 + padding内存对齐(按照8的倍数对齐) |
可以看到数组类型对象和普通对象的区别仅在于4字节数组长度的存储区间。而对象指针究竟是4字节还是8字节要看是否开启指针压缩。Oracle JDK从6 update 23开始在64位系统上会默认开启压缩指针
http://rednaxelafx.iteye.com/blog/1010079。如果要强行关闭指针压缩使用-XX:-UseCompressedOops,强行启用指针压缩使用: -XX:+UseCompressedOops。
接下来我们来举例来看实现java获取对象所占内存大小的方法:
假设我们有一个类的定义如下:
1 private static class ObjectA { 2 String str; // 4 3 int i1; // 4 4 byte b1; // 1 5 byte b2; // 1 6 int i2; // 4 7 ObjectB obj; //4 8 byte b3; // 1 9 } 10 11 private static class ObjectB { 12 13 }
如果我们直接按照上面掌握的java对象内存布局进行计算,则有:
Size(ObjectA) = Size(对象头(_mark)) + size(oop指针) + size(数据区)
Size(ObjectA) = 8 + 4 + 4(String) + 4(int) + 1(byte) + 1(byte) + 2(padding) + 4(int) + 4(ObjectB指针) + 1(byte) + 7(padding)
Size(ObjectA) = 40
我们直接通过两种获取java对象内存占用大小的方式来验证我们的计算是否正确。
方式1---通过Instrumentation来获取
这种方法得到的是Shallow Size,即遇到引用时,只计算引用的长度,不计算所引用的对象的实际大小。如果要计算所引用对象的实际大小,必须通过递归的方式去计算。
查看jdk的代码发现,Instrumentation是一个接口,本来我想的是可以直接定义一个类实现该接口。但是看了下该接口里面的方法瞬间傻眼。根本没法去重写。
calm down,原来Instrumentation接口的实例需要使用代理的方式来获得。具体步骤如下:
1. 编写 premain 函数
编写一个 Java 类,包含如下两个方法当中的任何一个
public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst); [1]
public static void premain(String agentArgs); [2]
其中,[1] 的优先级比 [2] 高,将会被优先执行([1] 和 [2] 同时存在时,[2] 被忽略)。
在这个 premain 函数中,开发者可以进行对类的各种操作。
agentArgs 是 premain 函数得到的程序参数,随同 “– javaagent”一起传入。与 main 函数不同的是,这个参数是一个字符串而不是一个字符串数组,如果程序参数有多个,程序将自行解析这个字符串。
Inst 是一个 java.lang.instrument.Instrumentation 的实例,由 JVM 自动传入。java.lang.instrument.Instrumentation 是 instrument 包中定义的一个接口,也是这个包的核心部分,集中了其中几乎所有的功能方法,例如类定义的转换和操作等。
1 package instrumentation.test; 2 3 import java.lang.instrument.Instrumentation; 4 5 public class ObjectShallowSize { 6 private static Instrumentation inst; 7 8 public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instP){ 9 inst = instP; 10 } 11 12 public static long sizeOf(Object obj){ 13 return inst.getObjectSize(obj); 14 } 15 }
2. 在META-INF下面新建MANIFEST.MF文件,并且指定
Manifest-Version: 1.0
Premain-Class: instrumentation.test.ObjectShallowSize
3. 通过eclipse->export->jar->next->next,然后选中定制的 MANIFEST.MF 文件,进行jar打包。
4. 给需要使用ObjectShallowSize的工程引入该jar包,并通过代码测试对象所占内存大小:
1 System.out.println(ObjectShallowSize.sizeOf(new ObjectA())); // 32
5. 在运行调用ObjectShallowSize.sizeof的类的工程中加上刚打的jar包依赖,同时eclipse里面run configuration,在VM arguments中添加(标红部分为jar包的绝对路径):
-javaagent:E:/software/instrumentation-sizeof.jar
方式2---使用Unsafe来获取
关于Unsafe的使用,后面我会专门开一个专题来详细讲述,这里暂时让我们来见识下Unsafe的神奇之处。
1 private final static Unsafe UNSAFE; 2 // 只能通过反射获取Unsafe对象的实例 3 static { 4 try { 5 UNSAFE = (Unsafe) Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe").get(null); 6 } catch (Exception e) { 7 throw new Error(); 8 } 9 } 10 11 Field[] fields = ObjectA.class.getDeclaredFields(); 12 for (Field field : fields) { 13 System.out.println(field.getName() + "---offSet:" + UNSAFE.objectFieldOffset(field)); 14 }
输出结果为:
str---offSet:24 i1---offSet:12 b1---offSet:20 b2---offSet:21 i2---offSet:16 obj---offSet:28 b3---offSet:22
我们同样可以算得对象实际占用的内存大小:
Size(ObjectA) = Size(对象头(_mark)) + size(oop指针) + size(排序后数据区) = 8 + 4 + (28+4-12) = 32.
我们再回过头来,看我们在通过代码获取对象所占内存大小之前的预估值40。比我们实际算出来的值多了8个字节。通过Unsafe打印的详细信息,我们不难想到这其实是由hotspot创建对象时的排序决定的:
HotSpot创建的对象的字段会先按照给定顺序排列,默认的顺序为:从长到短排列,引用排最后: long/double –> int/float –> short/char –> byte/boolean –> Reference。
所以我们重新计算对象所占内存大小得:
Size(ObjectA) = Size(对象头(_mark)) + size(oop指针) + size(排序后数据区)
Size(ObjectA) = 8 + 4 + 4(int) + 4(int) + byte(1) + byte(1) + 2(padding) + 4(String) + 4(ObjectB指针)
Size(ObjectA) = 32
与上面计算结果一致。
Deeper---深入分析的一个例子:
以下代码摘抄自原链接:
1 package test; 2 3 import java.lang.reflect.Array; 4 import java.lang.reflect.Field; 5 import java.lang.reflect.Modifier; 6 import java.util.ArrayList; 7 import java.util.Arrays; 8 import java.util.Collections; 9 import java.util.HashMap; 10 import java.util.IdentityHashMap; 11 import java.util.List; 12 import java.util.Map; 13 14 import sun.misc.Unsafe; 15 16 public class ClassIntrospector { 17 18 private static final Unsafe unsafe; 19 /** Size of any Object reference */ 20 private static final int objectRefSize; 21 static { 22 try { 23 Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); 24 field.setAccessible(true); 25 unsafe = (Unsafe) field.get(null); 26 27 // 可以通过Object[]数组得到oop指针究竟是压缩后的4个字节还是未压缩的8个字节 28 objectRefSize = unsafe.arrayIndexScale(Object[].class); 29 } catch (Exception e) { 30 throw new RuntimeException(e); 31 } 32 } 33 34 /** Sizes of all primitive values */ 35 private static final Map, Integer> primitiveSizes; 36 37 static { 38 primitiveSizes = new HashMap , Integer>(10); 39 primitiveSizes.put(byte.class, 1); 40 primitiveSizes.put(char.class, 2); 41 primitiveSizes.put(int.class, 4); 42 primitiveSizes.put(long.class, 8); 43 primitiveSizes.put(float.class, 4); 44 primitiveSizes.put(double.class, 8); 45 primitiveSizes.put(boolean.class, 1); 46 } 47 48 /** 49 * Get object information for any Java object. Do not pass primitives to 50 * this method because they will boxed and the information you will get will 51 * be related to a boxed version of your value. 52 * 53 * @param obj 54 * Object to introspect 55 * @return Object info 56 * @throws IllegalAccessException 57 */ 58 public ObjectInfo introspect(final Object obj) 59 throws IllegalAccessException { 60 try { 61 return introspect(obj, null); 62 } finally { // clean visited cache before returning in order to make 63 // this object reusable 64 m_visited.clear(); 65 } 66 } 67 68 // we need to keep track of already visited objects in order to support 69 // cycles in the object graphs 70 private IdentityHashMap
下面来分析ObjectC所占内存大小:
1 package test; 2 3 public class IntrospectorTest { 4 private static class ObjectC { 5 ObjectD[] array = new ObjectD[2]; 6 } 7 8 private static class ObjectD { 9 int value; 10 } 11 12 public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException { 13 final ClassIntrospector ci = new ClassIntrospector(); 14 ObjectInfo res = ci.introspect(new ObjectC()); 15 System.out.println( res.getDeepSize() ); 16 } 17 }
代码输出为:40。
下面我们来分析下ObjectC的内存布局:
ShallowSize(ObjectC) = Size(对象头) + Size(oop指针) + Size(内容) + Size(对齐)
ShallowSize(ObjectC) = 8 + 4 + 4(ObjectD[]数组引用) =16
Size(ObjectD[] arr) = 8(数组对象头) + 4(oop指针) + 4(数组长度) + 4(ObjectD[0]对象引用) + 4(ObjectD[1]对象引用) = 24
因为arr没有具体赋值,所以此时具体引用的为null,不占用内存。否则需要再次计算ObjectD的内存最后想加。
所以总共得到:Size(ObjectC) = ShallowSize(ObjectC) + Size(ObjectD[] arr) = 40。
参考链接:
http://blog.csdn.net/antony9118/article/details/54317637
https://www.cnblogs.com/licheng/p/6576644.html