Java对象的内存布局全流程

开始先抛出一个问题:一个对象o,Object o = new Object();创建完成后会占用多少字节的内存?

要能回答这个问题,就需要了解java对象的内存布局。

对象内存布局

一个Java对象在内存中包括对象头、实例数据和对齐填充三个部分。如下图所示:

Java对象的内存布局全流程_第1张图片

对象头

  • Mark Word:包含一系列的标记位比如hashcode、GC分代年龄、偏向锁位,锁标志位等。这个Mark Word在对象被加了不同量级的锁时所包含的内容和布局都有所不同,这涉及到锁升级的知识,暂不展开讨论
  • Klass Pointer:是一个指针,指向描述这个对象类型的元对象,例如Object.class,User.class等

实例数据

  • instance data:描述成员变量的信息,如果成员变量是引用类型,那么它就是一个指针。instance data的大小是所有成员变量的占用空间(基本数据类型大小+指针大小)

对齐

  • padding:在java中,为了能够更加高效的利用内存空间,会将对象大小设定为8bytes的整数倍,如果对象头+实例数据的大小不是8bytes的倍数,那么会在padding区域填充几个字节,使得对象占用空间是8bytes的倍数

那么对象布局中各个部分占用内存空间到底多大呢?

对象占用内存空间

由于目前64位操作系统已经基本普及,下面只分析64位操作系统下的情况

指针压缩

在64位系统中,一个指针占64 bits也就是8 bytes,而在32位系统中指针只占4个字节,于是为了能够减少内存消耗,从JDK1.6开始,JVM会默认支持指针压缩,会将指针大小压缩成4个字节,

这涉及到两个参数-XX:+UseCompressedOops,-XX:+UseCompressedClassPointers。

  • UseCompressedOops:oops: ordinary object pointer,普通对象指针压缩,例如Object o = new Object();其中o就是个指向new Object()对象的指针,o在指针压缩前占用8个字节,在指针压缩后占用4个字节
  • UseCompressedClassPointers:压缩Klass Pointer,压缩前8个字节,压缩后4个字节

对象头

Mark Word占8个字节

  • Klass Pointer:开启(默认)压缩4个字节,不开启压缩8个字节

实例数据

  • instance data:根据实际情况计算:如果成员变量是基本数据类型,那么占用空间就是基本数据类型的大小,Java的8大基本数据类型的大小如下:
数据类型 占用空间bytes
byte 1
short 2
int 4
long 8
float 4
double 8
char 2
boolean 1

如果成员变量是引用类型,那么就是一个指针大小(开启指针压缩占4字节,不开启指针压缩8字节)

对齐

  • padding:如果对象头+实例数据的大小不是8 bytes的倍数,那么就填充这个区域,使得对象占用空间能被8个字节整除(最小情况)

口说无凭,下面将会通过实验证明

证明对象内存布局

我们需要引用一个依赖:openjdk提供的jol-core:


	org.openjdk.jol
	jol-core
	0.9

1.查看默认情况下没有成员变量的对象布局

示例代码:

public class TestObj {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象
        Object o = new Object();
        // 获得对象布局内容
        String s = ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable();
        // 打印对象布局
        System.out.println(s);
    }
}

输出结果:

Java对象的内存布局全流程_第2张图片

其中对象头(object header)有三个,前两个是Mark Word一共8个字节,后面一个是Klass Pointer,占4个字节,由于没有成员变量,所以实例数据没有占用空间,而最后4个字节描述信息为:loss due to the next object alignment,意思就是为了与下一个对象对齐而丢失的部分,也就是对齐填充空间

2.证明Klass Pointer在不开启压缩的情况下占用8个字节

我们只需要在jvm参数上加上-XX:-UseCompressedClassPointers即可,在IDEA工具中可以设置启动参数:

Java对象的内存布局全流程_第3张图片

还是运行上述代码,运行程序结果:

Java对象的内存布局全流程_第4张图片

如上图所示,对象头已经占用16个字节,前8个字节是Mark Word,后8个字节就是未压缩的Klass Pointer。我们还注意到对齐填充也没有了,原因是此时对象占用空间16个字节已经是8bytes的倍数,所以不需要填充,这完全印证了前面的分析

3.证明实例数据的存在以及大小

示例代码:

public class TestObj {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象
        User user = new User(1, "zhangsan");
        // 获得对象布局内容
        String s = ClassLayout.parseInstance(user).toPrintable();
        // 打印对象布局
        System.out.println(s);
    }
}
class User {
    private int id;
    private String name;
    public User(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
}

打印结果:

Java对象的内存布局全流程_第5张图片

如上图所示,int类型的id占用4个字节,指向字符串对象的name指针占用4个字节,加上对齐,对象一共占用24 bytes

4.最后验证不开启指针压缩的情况下指针占用8 bytes

只需在jvm参数上加上-XX:-UseCompressedOops:

Java对象的内存布局全流程_第6张图片

还是运行上面的代码,打印结果:

Java对象的内存布局全流程_第7张图片

很显然,此时name指针已经占用了8个字节

一般来说,UseCompressedClassPointers和UseCompressedOops是默认开启的,我们无需关心也无需修改。但是有个隐藏的细节就是:UseCompressedClassPointers的开启依赖UseCompressedOops的开启,并且开启UseCompressedOops 也默认强制开启UseCompressedClassPointers,关闭UseCompressedOops 默认关闭UseCompressedClassPointers。

至此,关于java对象的内存布局已经有了一个基本的了解,那么文章一开始的问题现在应该能很轻松的回答:16个字节。

以上为个人经验,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持脚本之家。

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