一道阿里面试难题:如何计算JAVA对象大小?

在做JVM内存调优的时候,我们免不了需要去计算对象的大小。计算对象大小又要考虑是普通对象还是数组对象,因为普通对象与数组对象的对象头存在些许差异。而且自JDK6以后,为了节省内存、提高运行效率,又引入了新的技术:指针压缩。更加剧了计算对象大小的难度。

这篇文章就来深入分析如何计算对象大小,确保计算的结果与实际情况不差一个字节。

对象结构

对象结构想必深入学习过JVM的人都知道,它分为三大部分:对象头、实例数据、对齐填充。其中对象头又分为三个部分:Mark Word、类型指针、数组长度。其实对象头还有第四部分,这是目前你看到的书、视频都没有提到的,对象头也有对齐填充部分,这个部分也不是一定会有,只有数组对象在未开启指针压缩的情况下才会出现。是不是一脸懵,那就继续往后看。

指针压缩

看到这四个字是不是一堆的问号:这是什么?这怎么实现的?为什么说它节省了内存?……咱们就来搞清楚这些个问题。

咱们先达成观念上的一致:所有的对象都是以8字节对齐的。现在我有3个对象:test1(16字节)、test2(32字节)、test3(24字节),为了便于说明,假如这三个对象中间没有其他对象,那他们的内存地址是:

test1 = 0x0000 0 000(0字节 ~ 16字节)
test2 = 0x0001 0 000(16字节 ~ 48字节) 
test3 = 0x0011 0 000(48字节 ~ 72字节)

大家发现规律了吗,所有对象指针的后三位都是0,这就是指针压缩的实现原理。开启指针压缩后,JVM会将对象指针的后三位给截去,如果test2 = 0x10000,在开启指针后就变成了test2=0x10,在使用的时候将后三位的0补回去,即test2=0x10 000。

因为开启了指针压缩后,对象指针就变成了4字节(32位),加上补3位,共35位。即开启指针压缩后一个对象指针能表示的最大堆空间是2的35次方,即32G。

那读者可以想一想?如果我想扩充一个oop能表示的堆空间大小该怎么做呢?

下面咱们来看四种情况(普通对象-关闭指针压缩、普通对象-开启指针压缩、数组对象-关闭指针压缩、数组对象-开启指针压缩)下的对象大小是如何计算出来的。建议读者写相似代码测试一下,这样才能理解得更深刻。\

测试代码:

package com.qimingnan.adjust;

import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;

public class Test1 {
    int a = 10;
    int b = 20;

    static int[] arr = {0, 1, 2};

    public static void main(String[] args) {
        Test1 test1 = new Test1();

        System.out.printf(ClassLayout.parseInstance(test1).toPrintable());
        System.out.printf(ClassLayout.parseInstance(arr).toPrintable());
    }
}

普通对象

一、未开启指针压缩

24B = 8B(Mark Word)+ 8B(KClass Pointer)+ 4B + 4B

二、开启指针压缩

24B = 8B(Mark Word)+ 4B(KClass Pointer)+ 4B(int a)+ 4B(int b)+ 4B(Padding)

数组对象

一、未开启指针压缩

40B = 8B(Mark Word)+ 8B(KClass Pointer)+ 4B(数组长度)+ 4B(头部Padding)+ 12B(3个int)+ 4B(对象Padding)

二、开启指针压缩

32B = 8B(Mark Word)+ 4B(KClass Pointer)+ 4B(数组长度)+ 12B(3个int)+ 4B(对象Padding)

如何计算对象大小大家学会了吗?

介绍一款工具,jol,大家在做测试的时候可以借助这个工具

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.10</version>
</dependency>

这篇文章有些地方可能不太好理解,读者有问题的话,留言提问吧。我都会一一回复。

后续我将为大家新开《手写JVM》的系列专栏,如果你对此感兴趣的话,那么就关注我吧。

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