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：

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。