java对象的大小_基础知识

引言
Java的对象被jvm管理，单个对象如何布局，大小如何，程序员可以不用关心。
但是，掌握一些相关的知识，可以让我们对应用中使用的对象大小有一个大致的估计，做到心中有数，当遇到内存敏感型应用时，可以通过适当的参数调节和应用优化减少内存占用。
另外，just for fun。


声明
以下讨论大部分都是基于32bits Java Hotspot VM，关于64bits的会特殊声明。
本文查看java对象的内存输出来自工具包memoryutil
http://zhang-xzhi-xjtu.iteye.com/admin/blogs/2116347

Java对象内存组成
对象内存由以下几部分组成：Object header + primitive fields + reference fields + padding

Object header :
对象头。Hotspot中，一般对象(非数组对象)为8bytes，数组对象为12bytes。

primitive fields :
boolean byte 1
char short 2
int float 4
long double 8

reference fields :
4 bytes

padding :
为了内存对齐的填充字节。
Hotspot中，对象占据的内存是8字节的整数倍。如果不是，则加padding到8字节的整数倍。注意，padding不一定是padding到所有field之后，field有可能重新排序，以满足一定的对齐规则，padding也有可能插入到不同的地方，参见下文的例子。

shallow size和full size

class A{
	int id;
	String str;
}

我们计算new A()占据的内存时：
对象头， id(primitive)所占据的内存，str的reference内存，padding。为shallow size。
对象头， id(primitive)所占据的内存， str的reference内存，padding，str实例本身所占据的内存(full size)。为full size。



简单普通对象例子
一个new Object()占据8bytes，只有对象头。
shallow size=full size=8


class ObjectWithOneBooleanField {
    boolean b;
}
一个new ObjectWithOneBooleanField()占据16bytes.
shallow size=full size=8(对象头)+1(boolean)+7(padding)=16


当一个class定义了8个boolean的field。一个对象还是占据16bytes。这种情况下无padding。
shallow size=full size=8(对象头)+8(boolean*8)=16。


class A {
    boolean val0;
    long    val1;
    int     val2;
}
一个new A()占据24bytes.
shallow size=full size=8(对象头)+1(boolean)+8(long)+4(int)+3(padding)=24



数组及例子
数组是特殊的对象。对象头为12。4bytes保存length。
多维数组不过就是数组的数组。

一维primitive数组

new byte[0]
shallow size=full size=12(对象头)+4(padding)=16


new byte[4]
shallow size=full size=12(对象头)+4(byte*4)=16


new byte[5]
shallow size=full size=12(对象头)+5(byte*5)+7(padding)=24

一维reference数组
new Object[] {}
shallow size=full size=12(对象头)+4(padding)=16


new Object[] { new Object(), new Object() }
shallow size=12(对象头)+8(reference*2)+4(padding)=24
full size=24(shallow size)+16(2个空object的内存，每个8bytes)=40

二维数组
new Object[][] {
new Object[] { new Object() },
new Object[] { new Object(), new Object() }
}
shallow size=12(对象头)+8(reference*2)+4(padding)=24

对new Object[] { new Object() }
shallow size=12(对象头)+4(reference)=16
full size=16(shallow size)+8(空对象大小)=24

对new Object[] { new Object(), new Object() }
Full size=40(前文计算过)

合起来 full size=24+24+40=88


Field重排序
我们来看一个例子。

class ClassWithManyFields {
    boolean val0;
    long    val1;
    int     val2;
    long    val3;
    boolean val4;
    long    val5;
}

ClassWithManyFields
----------------------------------------------------------------
object class info : allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields
object identityHashCode : 10851992
in parent info : root object
shallow size = 40
full size = 40
-----------shallow size detail.-----------------
headerType = NormalHeader size = 8
offset : 8 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val1
offset : 16 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val3
offset : 24 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val5
offset : 32 size = 4 int allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val2
offset : 36 size = 1 boolean allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val0
offset : 37 size = 1 boolean allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val4
padding size = 2
-----------end of shallow size detail.----------
----------------------------------------------------------------

可以看出，field被重新排序，以保证K长度的数据类型地址都是K的整数倍。


类继承关系对内存布局的影响

class Father {
    byte father_byte_0;
    long father_long;
    byte father_byte_1;
}

class Child extends Father {
    byte child_byte_0;
    long child_long;
    byte child_byte_1;
}

Child
----------------------------------------------------------------
object class info : allen.memoryutil.dirver.Child
object identityHashCode : 15244180
in parent info : root object
shallow size = 32
full size = 32
-----------shallow size detail.-----------------
headerType = NormalHeader size = 8
offset : 8 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.Father.father_long
offset : 16 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.Father.father_byte_0
offset : 17 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.Father.father_byte_1
offset : 20 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.Child.child_byte_0
offset : 21 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.Child.child_byte_1
offset : 24 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.Child.child_long
padding size = 4
-----------end of shallow size detail.----------
----------------------------------------------------------------

可以看到，父类的field先单独排列(有重排序)，然后才是子类的field排列(有重排序)。


如何合法浪费内存
理解了内存对齐和父类的field单独排列，我们可以合法的构造浪费内存的对象。

class C_A {
    byte a_byte;
}

class C_B extends C_A {
    long b_long;
}

class C_C extends C_B {
    byte c_byte;
}

class C_D extends C_C {
    long d_long;
}

C_D
----------------------------------------------------------------
object class info : allen.memoryutil.dirver.C_D
object identityHashCode : 30377347
in parent info : root object
shallow size = 40
full size = 40
-----------shallow size detail.-----------------
headerType = NormalHeader size = 8
offset : 8 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.C_A.a_byte
offset : 16 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.C_B.b_long
offset : 24 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.C_C.c_byte
offset : 32 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.C_D.d_long
padding size = 14
-----------end of shallow size detail.----------
----------------------------------------------------------------

可以看到，由于类型在继承体系中，field是byte和long间隔定义，导致padding比较大。
当类的继承链比较长时，则最多可以浪费7/16=43%的内存。


32位jvm和64位jvm
64bits JVM和32bits相比变化如下：




对象占用的内存大小受到VM参数UseCompressedOops的影响。

开启(-XX:+UseCompressedOops) 可以压缩指针。
关闭(-XX:-UseCompressedOops) 可以关闭压缩指针。

原理：
4bytes引用(地址编码)，当寻址单位为1 byte时，寻址空间为4G空间。
由于java对象都是8bytes对齐的，因此，所有java对象地址的低3bits都是0，有点浪费。
如果寻址单位从1byte改为8bytes，则可以去除该浪费。
4bytes引用(地址编码)，当寻址单位为8 byte时，寻址空间为32G空间。

可以看到，压缩指针技术只适用于java堆大小<=32G的情况。

UseCompressedOops默认开启规则：
Compressed oops is supported and enabled by default in Java SE 6u23 and later. In Java SE 7, use of compressed oops is the default for 64-bit JVM processes when -Xmx isn't specified and for values of -Xmx less than 32 gigabytes. For JDK 6 before the 6u23 release, use the -XX:+UseCompressedOops flag with the java command to enable the feature.

memoryutil详情输出简要说明
"abcd"字符串的详情例子

----------------------------------------------------------------
object class info : java.lang.String                             //对象类型
object identityHashCode : 4875744                                //对象identityHashCode
in parent info : root object
shallow size = 24                                                //对象shallow size
full size = 48                                                   //对象full size
full padding size = 4                                            //对象full padding size
-----------shallow size detail.-----------------                 //对象shallow size的详情信息
headerType = NormalHeader size = 8                               //普通对象头，大小为8
offset : 8 size = 4 private final char[] java.lang.String.value  //value field的offset为8,大小为4。
offset : 12 size = 4 private final int java.lang.String.offset   //offset field的offset为12,大小为4。
offset : 16 size = 4 private final int java.lang.String.count    //count field的offset为16,大小为4。
offset : 20 size = 4 private int java.lang.String.hash           //hash field的offset为20,大小为4。
padding size = 0                                                 //padding为0。
-----------end of shallow size detail.----------
                                                                 //该字符串引用的char[]详情信息
    object class info : char[]                                   
    object identityHashCode : 15672056                            
    in parent info : private final char[] java.lang.String.value in parent.  //对象在被引用对象中的位置信息。
    shallow size = 24
    full size = 24
    full padding size = 4
    -----------shallow size detail.-----------------
    headerType = ArrayHeader size = 12                           //数组对象头，大小为12
    compType = char arrayLength = 4 size = ( 2 * 4 ) = 8         //数组的类型为char，长度为4，大小为8。
    padding size = 4                                             //padding为4。
    -----------end of shallow size detail.----------
----------------------------------------------------------------

参考
http://www.javamex.com/tutorials/memory/index.shtml
http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/vm/performance-enhancements-7.html#compressedOop