JVM拾遗-4-Java对象的内存布局讲了JVM如何实例化对象以及对象在内存中的表示. 本次讲解如何计算一个对象的大小.

为啥要讲这个? 因为笔者在做一块业务的时候，老板有次让从数据库取100000条天气数据，在内存里按业务规则排序. 这明显不合理会让内存爆炸的需求，怎么怼回去呢?

这时候就要搬出我们的理论支持来计算一番了.

1. 数据类型及大小

这个基本功不扎实的同学可能不清楚, 不过相信大部分老司机都知道.

JVM的数据类型分为基本数据类型和引用数据类型.

基本数据类型有:

  • long/double: 8字节, 长整型和双精度浮点型
  • int/float: 4字节, 整数和浮点数
  • char,short: 2字节,字符型和短整型
  • byte: 1字节, 整数

在JDK8, 64位HotSpot上, 引用数据类型都是直接指针, 如果开了压缩指针，就是4字节，没开就是8字节

用原生数据类型就是为了提高性能的.

后来为了满足一切皆对象的概念和泛型系统，出了一堆包装类, 造成装箱和拆箱的一堆性能问题不说, 还浪费内存.

比如一个int原生类型才4字节，而Integer包装类对象头就至少12字节了..

2. 对象的大小包含哪些

前面讲过一个对象包含3部分数据:

  1. 对象头(Object Header)
  2. 实例数据(Instance Data)
  3. 对齐填充(Padding)

对象头前面说过, 在64位的虚拟机上开了压缩指针就是12字节，没开就是16字节. 实例数据的大小依据数据类型的大小来计算, 注意要子类的对象大小要把父类的实例数据大小也计算进去.

对齐填充是按照对象里最宽的数据类型的大小来对齐的, 比如最大的是long8字节, 那么就是按照8的倍数来对齐.

3. 案例

把前面提到的天气数据类简化，算算100000个天气对象的大小，如下:

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public class WeatherDO {
  private double pm25;
  private int uvLevel;
  private String tips;

  ...
}

按照理论，开启压缩指针后,对象头占12字节， 实例数据最长的pm25是8个字节, int是4字节, String是引用类型，占4字节, 按照8字节对齐. 总共是12+8+4+4=28字节，按照8字节对齐是32字节，要4个字节的对齐填充.

Java Object Layout, JOL

JOL是openjdk提供的用来验证JVM的内存布局方案的工具. 工具内部使用了Unsafe, JVMTI(工具接口, 后面会聊), ServiceabilityAgent(SA)来计算，比基于堆转储(heap dump)出来的会更精确. 我们可以去maven仓库挑个版本将jar包下下来使用.

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$ curl -O -L http://central.maven.org/maven2/org/openjdk/jol/jol-cli/0.9/jol-cli-0.9.jar

然后这样使用:

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$ java -cp .:./jol-cli-0.9-full.jar org.openjdk.jol.Main internals WeatherDO

得到的结果(JVM默认开启压缩指针):

WeatherDO object internals:
 OFFSET  SIZE               TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4                    (object header)                           05 00 00 00 (00000101 00000000 00000000 00000000) (5)
      4     4                    (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4                    (object header)                           a3 11 01 f8 (10100011 00010001 00000001 11111000) (-134147677)
     12     4                int WeatherDO.uvLevel                         0
     16     8             double WeatherDO.pm25                            0.0
     24     4   java.lang.String WeatherDO.tips                            null
     28     4                    (loss due to the next object alignment)
Instance size: 32 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

可以看到，Instance size=32字节, 和我们的计算一致, 十万条对象数据就是3M. 针对笔者当时的业务场景，这是一个频繁的需求,一小块业务就几M的对象, 高并发下就杯具了:)

4. 总结

本节回顾了java对象的内存布局，并指出Hotspot虚拟机实现下对象的大小计算方法.