Java中物件佔用記憶體計算方法

普通物件的結構如下，按64位機器的長度計算

1. 物件頭(_mark)， 8個位元組

2. Oop指標，如果是32G記憶體以下的，預設開啟物件指標壓縮，4個位元組

3. 資料區

4.Padding(記憶體對齊)，按照8的倍數對齊

陣列物件結構是

1. 物件頭(_mark)， 8個位元組

2. Oop指標，如果是32G記憶體以下的，預設開啟物件指標壓縮，4個位元組

3. 陣列長度，4個位元組

4. 資料區

5. Padding(記憶體對齊)，按照8的倍數對齊

清楚了物件在記憶體的基本佈局後，咱們說兩種計算Java物件大小的方法

1. 通過java.lang.instrument.Instrumentation的getObjectSize(obj)直接獲取物件的大小

2. 通過sun.misc.Unsafe物件的objectFieldOffset(field)等方法結合反射來計算物件的大小

java.lang.instrument.Instrumentation.getObjectSize()的方式

先講講java.lang.instrument.Instrumentation.getObjectSize()的方式，這種方法得到的是Shallow Size，即遇到引用時，只計算引用的長度，不計算所引用的物件的實際大小。如果要計算所引用物件的實際大小，可以通過遞迴的方式去計算。

java.lang.instrument.Instrumentation的例項必須通過指定javaagent的方式才能獲得，具體的步驟如下：

1. 定義一個類，提供一個premain方法: public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instP)

2. 建立META-INF/MANIFEST.MF檔案，內容是指定PreMain的類是哪個： Premain-Class: sizeof.ObjectShallowSize

3. 把這個類打成jar，然後用java -javaagent XXXX.jar XXX.main的方式執行

下面先定義一個類來獲得java.lang.instrument.Instrumentation的例項,並提供了一個static的sizeOf方法對外提供Instrumentation的能力

package sizeof;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
publicclass ObjectShallowSize {
privatestatic Instrumentation inst;
publicstaticvoid premain(String agentArgs, Instrumentation instP){
inst = instP;
}
publicstaticlong sizeOf(Object obj){
return inst.getObjectSize(obj);
}
}

定義META-INF/MANIFEST.MF檔案

Premain-Class: sizeof.ObjectShallowSize

打成jar包

cd 編譯後的類和META-INF資料夾所在目錄
jar cvfm java-agent-sizeof.jar META-INF/MANIFEST.MF .

準備好了這個jar之後，我們可以寫測試類來測試Instrumentation的getObjectSize方法了。在這之前我們先來看物件在記憶體中是按照什麼順序排列的

有如下這個類，欄位的定義按如下順序

privatestaticclass ObjectA {
String str; // 4
int i1; // 4
byte b1; // 1
byte b2; // 1
int i2; // 4
ObjectB obj; //4
byte b3; // 1
}

按照我們之前說的方法來計算一下這個物件所佔大小，注意按8對齊

8(_mark) + 4(oop指標) + 4(str) + 4(i1) + 1(b1) + 1(b2) + 2(padding) + 4(i2) + 4(obj) + 1(b3) + 7(padding) = 40 ?

但事實上是這樣的嗎？我們來用Instrumentation的getObjectSize來計算一下先:

package test;
import sizeof.ObjectShallowSize;
publicclass SizeofWithInstrumetation {
privatestaticclass ObjectA {
String str; // 4
int i1; // 4
byte b1; // 1
byte b2; // 1
int i2; // 4
ObjectB obj; //4
byte b3; // 1
}
privatestaticclass ObjectB {
}
publicstaticvoid main(String[] args){
System.out.println(ObjectShallowSize.sizeOf(new ObjectA()));
}
}

得到的結果是32！不是會按8對齊嗎，b3之前的資料加起來已經是32了，多了1個b3，為33，應該對齊到40才對啊。事實上，HotSpot建立的物件的欄位會先按照給定順序排列一下,預設的順序如下，從長到短排列，引用排最後: long/double --> int/float --> short/char --> byte/boolean --> Reference

這個順序可以使用JVM引數: -XX:FieldsAllocationSylte=0(預設是1)來改變。

我們使用sun.misc.Unsafe物件的objectFieldOffset方法來驗證一下:

Field[] fields = ObjectA.class.getDeclaredFields();
for(Field f: fields){
System.out.println(f.getName() + " offset: " +unsafe.objectFieldOffset(f));
}

可以看到確實是按照從長到短，引用排最後的方式在記憶體中排列的。按照這種方法我們來重新計算下ObjectA建立的物件的長度:

8(_mark) + 4(oop指標) + 4(i1) + + 4(i2) + 1(b1) + 1(b2) + 1(b3) + 1(padding) + 4(str) + 4(obj) = 32

得到的結果和java.lang.instrument.Instrumentation.getObjectSize()的結果是一樣的，證明我們的計算方式是正確的。

sun.misc.Unsafe的方式

下面說一下通過sun.misc.Unsafe物件的objectFieldOffset(field)等方法結合反射來計算物件的大小。基本的思路如下:

1. 通過反射獲得一個類的Field

2. 通過Unsafe的objectFieldOffset()獲得每個Field的offSet

3. 對Field按照offset排序，取得最大的offset，然後加上這個field的長度，再加上Padding對齊

上面三步就可以獲得一個物件的Shallow size。可以進一步通過遞迴去計算所引用物件的大小，從而可以計算出一個物件所佔用的實際大小。

Oop指標是4還是未壓縮的8也可以通過unsafe.arrayIndexScale(Object[].class)來獲得，這個方法返回一個引用所佔用的長度

static {
try {
Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
field.setAccessible(true);
unsafe = (Unsafe) field.get(null);
objectRefSize = unsafe.arrayIndexScale(Object[].class);
} catch (Exception e) {
thrownew RuntimeException(e);
}
}

下面的原始碼摘自 http://java-performance.info/memory-introspection-using-sun-misc-unsafe-and-reflection/，原文中的程式碼在計算物件大小的時候有問題，我做了微調，並加上了記憶體對齊的方法，這樣計算出的結果和Instrumentation的getObjectSize方法是一樣的。

package test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;
/**
* This class contains object info generated by ClassIntrospector tool
*/
publicclass ObjectInfo {
/** Field name */
publicfinal String name;
/** Field type name */
publicfinal String type;
/** Field data formatted as string */
publicfinal String contents;
/** Field offset from the start of parent object */
publicfinalint offset;
/** Memory occupied by this field */
publicfinalint length;
/** Offset of the first cell in the array */
publicfinalint arrayBase;
/** Size of a cell in the array */
publicfinalint arrayElementSize;
/** Memory occupied by underlying array (shallow), if this is array type */
publicfinalint arraySize;
/** This object fields */
publicfinal List<ObjectInfo> children;
public ObjectInfo(String name, String type, String contents, int offset, int length, int arraySize,
int arrayBase, int arrayElementSize)
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