你写的Java对象究竟占多少内存?

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Java 作为一个面向对象语言，给我们带来了多态，继承，封装等特性，使得我们可以利用这些特性很轻松的就能构建出易于扩展，易于维护的代码。

作为一个Javaer，天天搞“对象”，那你写的对象究竟占用了多少内存呢？

我们来看看你的“对象”是如何“败家”的。

本文环境：jdk1.8_64

Java 对象头内存模型

我们先来看看，一个Java 对象的内存模型是怎么样的？

由于我们的虚拟机是分为32位和64位，那肯定它们的模型也是有区别的，下面我列出列32位虚拟机和64位虚拟机下的Java对象头内存模型。

file

因为笔者的本地环境是jdk1.8,64位虚拟机，这里我以64位虚拟机（开启指针压缩）来分析，因为默认情况下，jdk1.8 在64位虚拟机默认开启指针压缩。

Java 对象头主要包括两部分，第一部分就是 Mark Word，这也是 Java 锁实现原理中重要的一环，另外一部分是 Klass Word。

Klass Word 这里其实是虚拟机设计的一个oop-klass model模型，这里的OOP是指Ordinary Object Pointer（普通对象指针），看起来像个指针实际上是藏在指针里的对象。而 klass 则包含元数据和方法信息，用来描述 Java 类。它在64位虚拟机开启压缩指针的环境下占用 32bits 空间。

Mark Word 是我们分析的重点，这里也会设计到锁的相关知识。Mark Word 在64位虚拟机环境下占用 64bits 空间。

整个Mark Word的分配有几种情况：

未锁定（Normal）：哈希码（identity_hashcode）占用31bits，分代年龄（age）占用4 bits，偏向模式（biased_lock）占用1 bits，锁标记（lock）占用2 bits，剩余26bits 未使用(也就是全为0)
可偏向（Biased）：线程id 占54bits，epoch 占2 bits，分代年龄（age）占用4 bits，偏向模式（biased_lock）占用1 bits，锁标记（lock）占用2 bits，剩余 1bit 未使用。
轻量锁定（Lightweight Locked）：锁指针占用62bits，锁标记（lock）占用2 bits。
重量级锁定（Heavyweight Locked）：锁指针占用62bits，锁标记（lock）占用2 bits。
GC 标记：标记位占2bits，其余为空（也就是填充0）

以上就是我们对Java对象头内存模型的解析，只要是Java对象，那么就肯定会包括对象头，也就是说这部分内存占用是避免不了的。

所以，在笔者64位虚拟机，Jdk1.8（开启了指针压缩）的环境下，任何一个对象，啥也不做，只要声明一个类，那么它的内存占用就至少是96bits，也就是至少12字节。

验证模型

我们来写点代码来验证一下上述的内存模型，这里推荐openjdk的jol工具，它可以帮助你查看对象内存的占用情况。

首先添加maven依赖

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

我们先来看看，如果只是新建一个普通的类，什么属性也不添加，占用的空间是多少？

/**
 * @description:
 * @author: luozhou
 * @create: 2020-02-26 10:00
 **/
public class NullObject {

}

按照我们之前的Java对象内存模型分析，一个空对象，那就是只有一个对象头部，在指针压缩的条件下会占用 96 bit，也就是12byte。

运行工具查看空间占用

 public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new NullObject()).toPrintable());
    }

上面这行代码会解析你新建一个NullObject对象，占用了多少内存。我们执行看看结果如何：

file

这里我们发现结果显示：Instance size：16 bytes,结果就是16字节，我们之前预测的12字节不一样，为什么会这样呢？

我们看到上图中有3行 object header，每个占用4字节，所以头部就是12字节，这里和我们的计算是一致的，最后一行是虚拟机填充的4字节，那为什么虚拟机要填充4个字节呢？

内存对齐

想要知道为什么虚拟机要填充4个字节，我们需要了解什么是内存对齐？

我们程序员看内存是这样的：

file

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：

file

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。

我用图例来说明 CPU 访问非内存对齐的过程：

file

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：

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。
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。
合并 1-4 字节的数据。
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。

非空对象占用内存计算

我们知道了一个空对象是占用16字节，那么一个非空对象究竟占用多少字节呢？

我们还是写一个普通类来验证下：

public class TestNotNull {
    private NullObject nullObject=new NullObject();
    private int a;
}

这个演示类中引入了别的对象，我们知道int类型是占用4个字节,NullObject对象占用16字节，对象头占12字节，还有一个很重要的情况 NullObject在当前这个类中是一个引用，所以不会存真正的对象，而只存引用地址，引用地址占4字节，所以总共就是12+4+4=20字节，内存对齐后就是24字节。

我们来验证下是不是这个结果：

public static void main(String[] args) {
        //打印实例的内存布局
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new TestNotNull()).toPrintable());
        //打印对象的所有相关内存占用
        System.out.println(GraphLayout.parseInstance(new TestNotNull()).toPrintable());
        //打印对象的所有内存结果并统计
         System.out.println(GraphLayout.parseInstance(new TestNotNull()).toFootprint());
    }

结果如下：

file