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Java-对象到底占多少个字节?计算规则是什么?
JAVA对象模型
我们先了解一下，一个JAVA对象的存储结构。在Hotspot虚拟机中，对象在内存中的存储布局分为 3 块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。
java 对象的大小默认是按照 8 字节对齐，也就是说 Java 对象的大小必须是 8 字节的倍数。若是算到最后不够 8 字节的话，那么就会进行对齐填充。
那么为何非要进行 8 字节对齐呢？这样岂不是浪费了空间资源？其实不然，由于 CPU 进行内存访问时，一次寻址的指针大小是 8 字节，正好也是 L1 缓存行的大小。如果不进行内存对齐，则可能出现跨缓存行的情况，这叫做 缓存行污染。
当然，也不是所有的指针都会压缩，一些特殊类型的指针JVM不会优化，比如指向PermGen的Class对象指针(JDK8中指向元空间的Class对象指针)、本地变量、堆栈元素、入参、返回值和NULL指针等。
对象头（Header）
对象头，又包括三部分：Mark Word、(Klass Word)元数据指针、数组长度。
MarkWord： 用于存储对象运行时的数据，比如HashCode、锁状态标志、GC分代年龄等。这部分在64位操作系统下，占8字节（64bit），在32位操作系统下，占4字节（32bit）。
Mark Word布局：
Klass Word： 对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。
这部分就涉及到一个指针压缩的概念，在开启指针压缩的情况下，占4字节（32bit），未开启情况下，占8字节（64bit），现在JVM在1.6之后，在64位操作系统下都是默认开启的。数组长度： 这部分只有是数组对象才有(int[])，如果是非数组对象，就没这部分了，这部分占4字节（32bit）。
内存对齐
想要知道为什么虚拟机要进行对齐填充，我们需要了解什么是内存对齐？在开发人员眼中，我们看到的内存是这样的：
上图表示一个坑一个萝卜的内存读取方式。但实际上 CPU 并不会以一个一个字节去读取和写入内存。相反， CPU 读取内存是一块一块读取的，块的大小可以为 2、4、6、8、16 字节等大小。块大小我们称其为内存访问粒度。如下图：
假设一个32位平台的 CPU，那它就会以4字节为粒度去读取内存块。那为什么需要内存对齐呢？主要有两个原因：平台（移植性）原因：不是所有的硬件平台都能够访问任意地址上的任意数据。例如：特定的硬件平台只允许在特定地址获取特定类型的数据，否则会导致异常情况。
性能原因：若访问未对齐的内存，将会导致 CPU 进行两次内存访问，并且要花费额外的时钟周期来处理对齐及运算。而本身就对齐的内存仅需要一次访问就可以完成读取动作。
下面用图例来说明 CPU 访问非内存对齐的过程：
在上图中，假设CPU 是一次读取4字节，在这个连续的8字节的内存空间中，如果我的数据没有对齐，存储的内存块在地址1，2，3，4中，那CPU的读取就会需要进行两次读取，另外还有额外的计算操作：
1、CPU 首次读取未对齐地址的第一个内存块，读取 0-3 字节。并移除不需要的字节 0。
2、CPU 再次读取未对齐地址的第二个内存块，读取 4-7 字节。并移除不需要的字节 5、6、7 字节。
3、合并 1-4 字节的数据。
4、合并后放入寄存器。所以，没有进行内存对齐就会导致CPU进行额外的读取操作，并且需要额外的计算。如果做了内存对齐，CPU可以直接从地址0开始读取，一次就读取到想要的数据，不需要进行额外读取操作和运算操作，节省了运行时间。我们用了空间换时间，这就是为什么我们需要内存对齐。
回到Java空对象填充了4个字节的问题，因为原字节头是12字节，64位机器下，内存对齐的话就是128位，也就是16字节，所以我们还需要填充4个字节。（64位机器一次读取8字节，因为64位下填充为8字节的整数倍，这里12字节，显然填充到16字节效果最佳。）
内存消耗演示
<dependency> <groupId>org.openjdk.jolgroupId> <artifactId>jol-coreartifactId> <version>0.9version> dependency>- 1
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空对象(16byte)
public static class Dog { } public static void main(String[] args) { Dog dog =new Dog(); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable()); }- 1
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明明是12为啥变成16了, 这个就是使用了内存对齐了, 8的倍数基本数据类型(1~8byte)
public static class Dog { int a; long a1; double a2; char a3; float a4; boolean a5; short a6; byte a7; } public static void main(String[] args) { Dog dog =new Dog(); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable()); }- 1
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引用地址(4字节)
public static class Dog { Date a; String a1; Dog a2; } public static void main(String[] args) { System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new Dog()).toPrintable()); }- 1
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任何非基本类型的变量都存储的是对象的引用地址,而在java中地址是使用4字节存储的包装类型和String(16~24byte)
public static void main(String[] args) { Integer a=1; System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable()); Long a1=12313123L; System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a1).toPrintable()); Double a2=1.1; System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a2).toPrintable()); Character a3='a'; System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a3).toPrintable()); Float a4=1.1F; System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a4).toPrintable()); Boolean a5=true; System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a5).toPrintable()); Short a6=1; System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a6).toPrintable()); Byte a7=1; System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a7).toPrintable()); String a8="xxxx"; System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a8).toPrintable()); }- 1
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java.lang.Integer object internals: OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE 0 4 (object header) 01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1) 4 4 (object header) 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0) 8 4 (object header) 67 22 00 f8 (01100111 00100010 00000000 11111000) (-134208921) 12 4 int Integer.value 1 Instance size: 16 bytes Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total java.lang.Long 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) ae 22 00 f8 (10101110 00100010 00000000 11111000) (-134208850) 12 4 (alignment/padding gap) 16 8 long Long.value 12313123 Instance size: 24 bytes Space losses: 4 bytes internal + 0 bytes external = 4 bytes total java.lang.Double 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) 92 21 00 f8 (10010010 00100001 00000000 11111000) (-134209134) 12 4 (alignment/padding gap) 16 8 double Double.value 1.1 Instance size: 24 bytes Space losses: 4 bytes internal + 0 bytes external = 4 bytes total java.lang.Character object internals: OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE 0 4 (object header) 01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1) 4 4 (object header) 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0) 8 4 (object header) c6 20 00 f8 (11000110 00100000 00000000 11111000) (-134209338) 12 2 char Character.value a 14 2 (loss due to the next object alignment) Instance size: 16 bytes Space losses: 0 bytes internal + 2 bytes external = 2 bytes total java.lang.Float 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) 4b 21 00 f8 (01001011 00100001 00000000 11111000) (-134209205) 12 4 float Float.value 1.1 Instance size: 16 bytes Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total java.lang.Boolean object internals: OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE 0 4 (object header) 01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1) 4 4 (object header) 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0) 8 4 (object header) 85 20 00 f8 (10000101 00100000 00000000 11111000) (-134209403) 12 1 boolean Boolean.value true 13 3 (loss due to the next object alignment) Instance size: 16 bytes Space losses: 0 bytes internal + 3 bytes external = 3 bytes total java.lang.Short object internals: OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE 0 4 (object header) 01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1) 4 4 (object header) 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0) 8 4 (object header) 20 22 00 f8 (00100000 00100010 00000000 11111000) (-134208992) 12 2 short Short.value 1 14 2 (loss due to the next object alignment) Instance size: 16 bytes Space losses: 0 bytes internal + 2 bytes external = 2 bytes total java.lang.Byte object internals: OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE 0 4 (object header) 01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1) 4 4 (object header) 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0) 8 4 (object header) d9 21 00 f8 (11011001 00100001 00000000 11111000) (-134209063) 12 1 byte Byte.value 1 13 3 (loss due to the next object alignment) Instance size: 16 bytes Space losses: 0 bytes internal + 3 bytes external = 3 bytes total java.lang.String 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) da 02 00 f8 (11011010 00000010 00000000 11111000) (-134216998) 12 4 char[] String.value [x, x, x, x] 16 4 int String.hash 0 20 4 (loss due to the next object alignment) Instance size: 24 bytes Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total Process finished with exit code 0- 1
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Byte,Short,Boolean,Float,Character,Integer= 16字节
String,Double,Long=24字节基本类型数组(16byte)
public static void main(String[] args) { int[] a1=new int[0]; System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a1).toPrintable()); }- 1
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基本类型的数组会比空对象多一个4字节,用于存储长度, 数组长度每加1那么大小就加一个类型字节public static void main(String[] args) { int[] a1=new int[10]; System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a1).toPrintable()); }- 1
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容器(List Map Set)(16~48byte)
public static void main(String[] args) { List<Integer> a1=new ArrayList<>(); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a1).toPrintable()); Set<Integer> a2=new HashSet<>(); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a2).toPrintable()); Map<String,String> a3=new HashMap<>(); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a3).toPrintable()); }- 1
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List集合(24字节): 会比对象多2个intl类型用于计算长度和个数 ,内部属于存储在Object[]Set集合(16字节): 内部数据存储在HashMap的key中
map集合(48字节): List集合大一倍 每一个项,key(24) ,value(24),因为多一个hash值
各种数组和容器的计算规则
基本类型计算
就是类型对应的字节大小进行相加就行
基本类型数组
数组本身16+(长度*类型字节)=最终占用内存大小
int[] a=new int[10];- 1
16+(10*4)=56(字节)
对象数组
16+(长度*4字节引用地址)+(长度*每个对象内部的大小)=最终占用内存大小
Object[] o=new Object[10];- 1
16+(10*4)+(10*16)=816(字节)
集合
和对象数组的计算方式一样
List = 24+(长度*4字节引用地址)+(长度*每个对象内部的大小)=最终占用内存大小List<Object> list = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 10; i++) { list.add(new Object()); }- 1
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24+(104)+(1016)=824(字节)
计算对象
public static class Dog { int a; //4 Boolean b; //16 String c; //16 List<String> d; //24 Map<String, String> e;//48 }- 1
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12+4+4+4+4+4=36 (因为内存对齐的原因空对象才会是16)
然后我们给对象赋值
Dog dog = new Dog(); dog.a= 1; dog.b= true; dog.c= "xxxxx"; dog.d= Arrays.asList("xxxxx","xxxxx"); dog.e= new HashMap(){{put("a","a");put("b","b");put("c","c");}};- 1
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因为基本数据类型本身就是他的大小,在上面我们已经加进去了,我们只需要算引用类型对象的大小就行了
36+16+16+(24+216)+(48+2(24+24))=268字节然后我们将对象放入到容器中
public static void main(String[] args) { ArrayList<Object> objects = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 10; i++) { Dog dog = new Dog(); dog.a= 1; dog.b= true; dog.c= "xxxxx"; dog.d= Arrays.asList("xxxxx","xxxxx"); dog.e= new HashMap(){{put("a","a");put("b","b");put("c","c");}}; objects.add(dog); } }- 1
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24+(4*10) + (10*268)=2.744(kb)
假设有100万条数据那么
24+(4*1000000) +(1000000*268)=272000024(字节)=272(mb)总结
学会计算java的内存会极大地降低内存溢出的风险,以及最大化利用内存来达到最好的效率 ,建议学一下Java-垃圾收回机制 ,因为只会计算对象大小也不行的,还需要结合JVM虚拟机的GC机制和实际需求进行计算,假设你堆大小2G你在某一时间创建了2G的对象,那么会溢出吗? 可能会,也可能不会, 主要看这些对象在gc的时候能否被收回,那么如何知道这些对象满足了收回的条件,就要研究GC机制了…书山有路勤为径,学海无涯苦作舟
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- 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_45203607/article/details/126055516