Java对象的内存布局全流程
目录
- 对象内存布局
- 对象占用内存空间
- 证明对象内存布局
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:
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:
<dependency> <groupId>org.openjdk.jol</groupId> <artifactId>jol-core</artifactId> <version>0.9</version> </dependency>
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:
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:
还是运行上述代码,运行程序结果:
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:
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:
还是运行上面的代码,打印结果:
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我们。