Java虚拟机--你的对象有多大如何计算对象大小

如何计算对象大小

上文中，笔者提到了对象头，并且说到了对象头中的Mark Word在32位的机器中会占用4字节，在64位机器中占用8字节。那么，整个对象会占用多大内存呢？

带着这样的疑问，我们来实际的测量下，一个对象到底会占用多大内存?

在实际计算之前，我们先来普及下接口Instrumentation和其实现类InstrumentationImpl。

Instrumentation介绍：

java.lang.instrument.Instrumentation接口：它提供了丰富的对结构的等各方面的跟踪和对象大小的测量的API。

sun.instrument.IntrumentationImpl类：sun开头的，Instrumentation接口的实现类，构造方法为private，没有任何getInstance的方法。

使用Instrumentation，开发者可以构建一个独立于应用程序的代理程序（Agent），用来监测和协助运行在JVM上的程序。开发者就可以实现更为灵活的运行时虚拟机监控，这样的特性实际上提供了一种虚拟机级别支持的AOP实现方式，使得开发者无需对JDK做任何升级和改动，就可以实现某些AOP的功能了。

说的直白点，Instrumentation就是一个代理。在代码层面，java.lang.instrument.Instrumentation是接口，sun.instrument.InstrumentationImpl是其实现类。

说了这么多，那么Instrumentation应该怎么使用呢？

值得一体的是，Instrumentation不能像我们平常new对象的方式来实现使用，代码层面我们无法得到Instrumentation的实例对象。开发者需要提供premain函数，让虚拟机注入。此外，premain函数在 main函数运行前执行。简要说来就是如下几个步骤：

（1）编写premain函数

编写一个 Java 类，包含如下两个方法当中的任何一个
1. public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst); 
2. public static void premain(String agentArgs); 
其中，1 的优先级比 2 高，将会被优先执行（1 和 2 同时存在时，2 被忽略）。

在这个premain函数中，开发者可以进行对类的各种操作。inst是java.lang.instrument.Instrumentation 的实例，由JVM自动传入。

java.lang.instrument.Instrumentation是instrument包中定义的一个接口，也是这个包的核心部分，集中了其中几乎所有的功能方法，例如类定义的转换和类的操作等。

（2）class文件打成jar包

将这个Java类编译成class文件，再打成一个jar包，并在jar包中META-INF/MANIFEST.MF文件加入“ Premain-Class”来指定步骤1中编写的那个带有premain的Java类。

Premain-Class: java类的全限定类名

（3）运行

用命令行中输入如下命令：

java -javaagent:xxx.jar 被代理的类

说完了Instrumentation，接下来就用它来实际测量下对象的大小：

普通对象：

Instrumentation注入类：

public class ObjectSize {

    private static Instrumentation inst;

    public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instP){
        inst = instP;
    }

    public static long sizeOf(Object obj){
        return inst.getObjectSize(obj);
    }
}

java.lang.instrument.Instrumentation.getObjectSize()的方式，这种方法得到的是Shallow Size，即遇到引用时，只计算引用的长度，不计算所引用的对象的实际大小。如果要计算所引用对象的实际大小，可以通过递归的方式去计算。

编写测试类：

public class JVMTest4 {

    private static class ObjectA {
        String str;  
        int i1; 
        byte b1; 
        byte b2; 
        int i2;  
        byte b3;  
    }

    public static void main(String[] args){
        System.out.println(ObjectSize.sizeOf(new ObjectA()));
    }
}

运行程序：

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将打包好的jar文件，用解压缩工具打开，修改META-INF/MANIFEST.MF文件，告诉虚拟机在程序执行的时候执行ObjectSize类的permain方法，从名称也可以看出，含义为：“在main方法之前执行”。

编译运行

此步骤，是实际的运行过程，需要将上面的2个类进行编译，并且将ObjectSize打包，执行“java -javaagent:ObjectSize.jar JVMTest4”命令。

从截图中，我们可以看出ObjectA对象在内存中占用了32个字节。

上文中说了。对象的大小为8的倍数，如果不足8的倍数则会进行对齐填充。

下面，我们来手动计算下(64位机器，默认开启指针压缩)

对象引用（reference）类型在64位机器上，关闭指针压缩时占用8字节， 开启时占用4字节。

实例数据：str(4)+i1(4)+b1(1)+b2(1)+i2(4)+b3(1) = 15字节

对象头：8(Mark Word) + 4(类型指针) = 12字节

对齐填充：5字节

总计：15 + 12 + 5 = 32字节

关闭指针压缩情况下：使用-XX:-UseCompressedOops命令

实例数据：str(8)+i1(4)+b1(1)+b2(1)+i2(4)+b3(1) = 19字节

对象头：8(Mark Word) + 8(类型指针) = 16字节

对齐填充：5字节

总计：19 + 16 + 5 = 40字节

数组对象：

Instrumentation注入类：

public class ObjectSize {

    private static Instrumentation inst;

    public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instP){
        inst = instP;
    }

    public static long sizeOf(Object obj){
        return inst.getObjectSize(obj);
    }
}

编写测试类：

public class JVMTest4 {

    private static class ObjectA {
        String str;  
        int i1; 
        byte b1; 
        byte b2; 
    }

    private static class ObjectB {
        
    }

    public static void main(String[] args){
        System.out.println(ObjectSize.sizeOf(new ObjectA[0]));
        System.out.println(ObjectSize.sizeOf(new ObjectA[1]));
        System.out.println(ObjectSize.sizeOf(new ObjectA[2]));

        System.out.println(ObjectSize.sizeOf(new ObjectB[0]));
        System.out.println(ObjectSize.sizeOf(new ObjectB[1]));
        System.out.println(ObjectSize.sizeOf(new ObjectB[2]));
    }
}

运行程序：

image

从测试结果来看，数组对象要比普通对象占用内存空间更大。值得注意的是，数组占用内存的大小并不会根据成员变量的增加而增大。无论是否存在成员变量，都不会影响数组对象占用内存的大小。

你可能还有个疑惑？例子中的数组只设置了长度，而没有实际赋值对象，如果向对应的角标下赋值，数组对象占用内存的大小会有变化吗？

答案：NO！！

数组对象占用内存大小公式：

Mark Word + 类型指针 + 数组长度 + 实例数据(数组长度*数组元数据大小) +补齐填充

数组与普通对象不同之处，在与其实例数据部分。对于普通对象来说，实例数据就是其内部的成员变量；而对于数组来说，实例数据就是其内部的一个个原生对象，而原生对象所占用内存大小在开启指针压缩情况下为4字节，关闭指针压缩情况下为8字节。

开启指针压缩：

mark word 8  + 类型指针 4 + 数组长度 4 + 0*4 + 补齐 0  = 16

mark word 8  + 类型指针 4 + 数组长度 4 + 1*4 + 补齐 4  = 24

mark word 8  + 类型指针 4 + 数组长度 4 + 2*4 + 补齐 0  = 24

mark word 8  + 类型指针 4 + 数组长度 4 + 3*4 + 补齐 0  = 32

未开启指针压缩：

mark word 8  + 类型指针 8 + 数组长度 4 + 0*8 +  + 补齐 0  = 24

mark word 8  + 类型指针 8 + 数组长度 4 + 1*8 + 补齐 4  = 32

mark word 8  + 类型指针 8 + 数组长度 4 + 2*8 + 补齐 4  = 40

mark word 8  + 类型指针 8 + 数组长度 4 + 3*8 +  + 补齐 4  = 56

再次强调下：

我们例子中调用的getObjectSize()方法得到的是Shallow Size，即遇到引用时，只计算引用的长度，不计算所引用对象的实际大小。如果要计算所引用对象的实际大小，可以通过递归的方式去计算。本文暂不介绍此方式，有兴趣的朋友可以去网上查阅相关资料。