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java中new一个object对象占用内存分析

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Java的自动内存管理机制(automatic storage management system known as a garbage collector)省却了很多编码工作,大大地提高了Java的生产力,而且JVM的性能也越来越好,特别是G1的出现,改善了垃圾回收中stop the world的状况。

 

也许很多人都没有考虑过这个问题,new一个Object对象到底占用多少内存呢( Object obj = new Object() )?

 

这里很明确的是obj是一个指向对象的引用(reference – there are three kinds of reference types: class types,array types, and interface types),引用的长度决定了Java的寻址能力,32位的JDK是4字节,64位的JDK是8字节(指针未被压缩的情况下)。

 

因为obj对象没有任何数据(field),会在堆上为它分配空间吗?如果分配空间,里面存储了什么内容?

 

以面向对象的思维来分析,对象封装了数据和行为,是一个统一的整体,虽然obj对象没有数据,但是有行为(Object类定义了12个方法)。当我们执行完new操作后,obj的值为堆内存的地址,既然obj都指向一块内存了,说明是会在堆上为其分配空间的。

 

那么分配的空间有多大,存储了什么内容呢?在The Java Virtual Machine Specification Java SE 7 EditionThe Java Language Specification Java SE 7 Edition里面没有找到相关的描述,这很可能是属于JVM实现自由控制的范畴了。我们可以利用JDK自带的工具jvisualvm.exe来查看分配的空间有多大。为了方便在jvisualvm中查看对象占多少内存,这里使用一个私有的静态内部类EmptyObject来替代Object,因为类定义为空,所以可以等同对待EmptyObject和Object。

 

Java代码 
  1. /**
  2.  * 构造一个无任何字段的空对象占多少内存
  3.  * @author 杨尚川
  4.  */
  5. public class EmptyTest {
  6.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
  7.         //加到集合中,使垃圾无法回收
  8.         List<EmptyObject> emptys = new ArrayList<>();
  9.         for(int i=0;i<100;i++){
  10.             emptys.add(new EmptyObject());
  11.         }
  12.         //打开jvisualvm,查看EmptyObject的大小为16字节
  13.         Thread.sleep(60*1000);
  14.     }
  15.     private static class EmptyObject{}
  16. }

 

 

我们在这里面通过new不同的对象数(for循环次数),来分析内存占用,new 1个对象是16字节,new 2个对象是32字节,new 100个对象是1600字节,通过很多次的尝试,我们从jvisualvm里面可以看到 字节数=对象数*16 ,我们有理由相信对象数跟字节数的线性关系。从这里可以看出,jvisualvm显示的内存占用跟引用的4字节或8字节是没有关系的,也就是说,jvisualvm显示的是堆内存占用,这也很好理解,毕竟所有引用的字节占用是固定的。8字节是引用,16字节是堆内存,总共是8+16=24字节,所以new一个Object对象占用8+16=24字节(64位JDK)。

 

如果JDK是32位,按如上分析方法可知new一个Object对象占用4+8=12字节(32位JDK),如下图所示:

 

64位JDK:

32位JDK:

 

 

那么分配的16字节(8字节)的堆内存中存储了什么内容呢?当我们Object obj = new Object();的时候,在栈内存中有一个引用obj,他可能是32位也可能是64位,obj实质只是一个内存地址,那么当我们调用obj.xxx()的时候,JVM怎么知道obj是哪个类的实例呢?所以,可以大胆地推测,obj对象的16字节(8字节)的堆内存中记录了对象属于哪个类的信息,问题是这16字节(8字节)的结构是什么样的?不清楚!

 

不过我们仍然可以大胆地猜测一下,通过上面的64位和32位的堆内存大小对比分析发现,堆内存分配的大小是引用的两倍,上面我们已经猜测堆内存中会记录对象是哪个类的实例,如何记录呢?因为类对象是放置在方法区的,类对象本身也是一个对象,因此可以通过一个引用指向它,所以堆内存有可能就是放置了两个引用,指向两个对象。分析到这里,事情就比较明朗了,堆内存中可能就放置了两个内存地址,一个指向EmptyObject.class(在实验代码中用EmptyObject来代替Object),一个指向什么呢?不清楚!

 

Inside the Java 2 Virtual Machine 2nd by Bill Venners的5.3.5中有这么一段描述:

 

The Java virtual machine specification is silent on how objects should be represented on the heap. Object representation–an integral aspect of the overall design of the heap and garbage collector–is a decision of implementation designers.

 

好了,事情最终清楚了,JVM规范并没有规定Java对象在堆中是如何表示的,对象的表示是堆和垃圾收集器的整体设计的一个组成部分,这是由JVM实现的设计师来决定的。 因此,如果我们真的想搞清楚对象是如何表示的,那么需要查询HotSpot VM或是其他JVM实现的相关资料。

 

在淘宝工程师莫枢(撒迦)的《JVM分享》PPT的第112页介绍了“HotSpot中的Java对象布局”,这真是现在关心的内容,通过PPT的介绍说明前面的猜测是对的,如下图所示:


我们研究new一个Object对象占多少内存可能没什么实际意义,因为我们在编程的时候就可以确定对象树,基本可以确定对象大小,除了变长字段,当然,变长字段我们一般也会有长度限制。所以我们真正关心的是所有数据最终的大小,也就是数据库的大小。

 

面向对象的分析、设计和编程都把“封装”奉为圭臬,“分层”更是架构设计中至关重要的设计准则。因为只有这样,才能实现基本的解耦、让协作分工成为可能,满足工业要求的最大化生产力的最终目标。

 

那么这种没有什么实际意义的问题为什么要研究呢?我觉得只能用三个字来形容:好奇心。好奇心是驱使我们研究技术的强大推力,当我们工作了很多年,尤其是在不重视技术的公司,我们对技术还有激情吗?保持一颗敏感好奇的心,也许技术之路可以走的更长更远。

 

这篇文章的重点是展示一种分析问题的思路,要大胆猜测,小心求证,追本溯源,引经据典。求证方式:查找标准规范、查找经典权威书籍、自己做实验、查找源代码等。

 

参考资料:

1、Java™ Virtual Machine Technology

2、The Java Virtual Machine Specification Java SE 7 Edition

3、The Java Language Specification Java SE 7 Edition

4、Inside the Java 2 Virtual Machine 2nd by Bill Venners

5、JVM分享

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