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Java對象的內(nèi)存布局全流程

 更新時(shí)間:2022年05月05日 15:32:27   作者:舊時(shí)明月丶  
這篇文章主要介紹了Java對象的內(nèi)存布局全流程,具有很好的參考價(jià)值,希望對大家有所幫助。如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教

開始先拋出一個(gè)問題:一個(gè)對象o,Object o = new Object();創(chuàng)建完成后會占用多少字節(jié)的內(nèi)存?

要能回答這個(gè)問題,就需要了解java對象的內(nèi)存布局。

對象內(nèi)存布局

一個(gè)Java對象在內(nèi)存中包括對象頭、實(shí)例數(shù)據(jù)和對齊填充三個(gè)部分。如下圖所示:

在這里插入圖片描述

對象頭

  • Mark Word:包含一系列的標(biāo)記位比如hashcode、GC分代年齡、偏向鎖位,鎖標(biāo)志位等。這個(gè)Mark Word在對象被加了不同量級的鎖時(shí)所包含的內(nèi)容和布局都有所不同,這涉及到鎖升級的知識,暫不展開討論
  • Klass Pointer:是一個(gè)指針,指向描述這個(gè)對象類型的元對象,例如Object.class,User.class等

實(shí)例數(shù)據(jù)

  • instance data:描述成員變量的信息,如果成員變量是引用類型,那么它就是一個(gè)指針。instance data的大小是所有成員變量的占用空間(基本數(shù)據(jù)類型大小+指針大?。?/li>

對齊

  • padding:在java中,為了能夠更加高效的利用內(nèi)存空間,會將對象大小設(shè)定為8bytes的整數(shù)倍,如果對象頭+實(shí)例數(shù)據(jù)的大小不是8bytes的倍數(shù),那么會在padding區(qū)域填充幾個(gè)字節(jié),使得對象占用空間是8bytes的倍數(shù)

那么對象布局中各個(gè)部分占用內(nèi)存空間到底多大呢?

對象占用內(nèi)存空間

由于目前64位操作系統(tǒng)已經(jīng)基本普及,下面只分析64位操作系統(tǒng)下的情況

指針壓縮

在64位系統(tǒng)中,一個(gè)指針占64 bits也就是8 bytes,而在32位系統(tǒng)中指針只占4個(gè)字節(jié),于是為了能夠減少內(nèi)存消耗,從JDK1.6開始,JVM會默認(rèn)支持指針壓縮,會將指針大小壓縮成4個(gè)字節(jié),

這涉及到兩個(gè)參數(shù)-XX:+UseCompressedOops,-XX:+UseCompressedClassPointers。

  • UseCompressedOops:oops: ordinary object pointer,普通對象指針壓縮,例如Object o = new Object();其中o就是個(gè)指向new Object()對象的指針,o在指針壓縮前占用8個(gè)字節(jié),在指針壓縮后占用4個(gè)字節(jié)
  • UseCompressedClassPointers:壓縮Klass Pointer,壓縮前8個(gè)字節(jié),壓縮后4個(gè)字節(jié)

對象頭

Mark Word占8個(gè)字節(jié)

  • Klass Pointer:開啟(默認(rèn))壓縮4個(gè)字節(jié),不開啟壓縮8個(gè)字節(jié)

實(shí)例數(shù)據(jù)

  • instance data:根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算:如果成員變量是基本數(shù)據(jù)類型,那么占用空間就是基本數(shù)據(jù)類型的大小,Java的8大基本數(shù)據(jù)類型的大小如下:
數(shù)據(jù)類型占用空間bytes
byte1
short2
int4
long8
float4
double8
char2
boolean1

如果成員變量是引用類型,那么就是一個(gè)指針大?。ㄩ_啟指針壓縮占4字節(jié),不開啟指針壓縮8字節(jié))

對齊

  • padding:如果對象頭+實(shí)例數(shù)據(jù)的大小不是8 bytes的倍數(shù),那么就填充這個(gè)區(qū)域,使得對象占用空間能被8個(gè)字節(jié)整除(最小情況)

口說無憑,下面將會通過實(shí)驗(yàn)證明

證明對象內(nèi)存布局

我們需要引用一個(gè)依賴:openjdk提供的jol-core:

<dependency>
	<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
	<artifactId>jol-core</artifactId>
	<version>0.9</version>
</dependency>

1.查看默認(rèn)情況下沒有成員變量的對象布局

示例代碼:

public class TestObj {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建對象
        Object o = new Object();
        // 獲得對象布局內(nèi)容
        String s = ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable();
        // 打印對象布局
        System.out.println(s);
    }
}

輸出結(jié)果:

在這里插入圖片描述

其中對象頭(object header)有三個(gè),前兩個(gè)是Mark Word一共8個(gè)字節(jié),后面一個(gè)是Klass Pointer,占4個(gè)字節(jié),由于沒有成員變量,所以實(shí)例數(shù)據(jù)沒有占用空間,而最后4個(gè)字節(jié)描述信息為:loss due to the next object alignment,意思就是為了與下一個(gè)對象對齊而丟失的部分,也就是對齊填充空間

2.證明Klass Pointer在不開啟壓縮的情況下占用8個(gè)字節(jié)

我們只需要在jvm參數(shù)上加上-XX:-UseCompressedClassPointers即可,在IDEA工具中可以設(shè)置啟動(dòng)參數(shù):

在這里插入圖片描述

還是運(yùn)行上述代碼,運(yùn)行程序結(jié)果:

在這里插入圖片描述

如上圖所示,對象頭已經(jīng)占用16個(gè)字節(jié),前8個(gè)字節(jié)是Mark Word,后8個(gè)字節(jié)就是未壓縮的Klass Pointer。我們還注意到對齊填充也沒有了,原因是此時(shí)對象占用空間16個(gè)字節(jié)已經(jīng)是8bytes的倍數(shù),所以不需要填充,這完全印證了前面的分析

3.證明實(shí)例數(shù)據(jù)的存在以及大小

示例代碼:

public class TestObj {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建對象
        User user = new User(1, "zhangsan");
        // 獲得對象布局內(nèi)容
        String s = ClassLayout.parseInstance(user).toPrintable();
        // 打印對象布局
        System.out.println(s);
    }
}
class User {
    private int id;
    private String name;
    public User(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
}

打印結(jié)果:

在這里插入圖片描述

如上圖所示,int類型的id占用4個(gè)字節(jié),指向字符串對象的name指針占用4個(gè)字節(jié),加上對齊,對象一共占用24 bytes

4.最后驗(yàn)證不開啟指針壓縮的情況下指針占用8 bytes

只需在jvm參數(shù)上加上-XX:-UseCompressedOops:

在這里插入圖片描述

還是運(yùn)行上面的代碼,打印結(jié)果:

在這里插入圖片描述

很顯然,此時(shí)name指針已經(jīng)占用了8個(gè)字節(jié)

一般來說,UseCompressedClassPointers和UseCompressedOops是默認(rèn)開啟的,我們無需關(guān)心也無需修改。但是有個(gè)隱藏的細(xì)節(jié)就是:UseCompressedClassPointers的開啟依賴UseCompressedOops的開啟,并且開啟UseCompressedOops 也默認(rèn)強(qiáng)制開啟UseCompressedClassPointers,關(guān)閉UseCompressedOops 默認(rèn)關(guān)閉UseCompressedClassPointers。

至此,關(guān)于java對象的內(nèi)存布局已經(jīng)有了一個(gè)基本的了解,那么文章一開始的問題現(xiàn)在應(yīng)該能很輕松的回答:16個(gè)字節(jié)。

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn),希望能給大家一個(gè)參考,也希望大家多多支持腳本之家。

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