Java对象大小计算

概述

在实际应用中，尤其是在进行JVM调优时，理解并正确估计对象大小是非常重要的，因为这直接影响到内存分配、垃圾回收效率以及应用程序的整体性能。

对象的组成

在Java中，计算一个对象的大小是为了了解它在内存中占用的确切空间。Java对象在Java虚拟机（JVM）中的内存布局主要包括三个部分：

对象头（Header）：
对象头通常包含用于存储对象自身的运行时元数据，如哈希码、锁状态标志、线程持有的锁指针等信息，这部分称为mark word。
另外，对象头还可能包含指向类元数据的指针，用于方法调度和类型信息识别。
实例数据（Instance Data）：
这是对象的实际有效载荷，包括所有字段变量（成员变量）。每个字段根据其类型有不同的大小，基本类型的大小固定，而引用类型的大小则依赖于JVM实现，通常是固定的引用宽度（如32位或64位环境下的4字节或8字节）。
对齐填充（Padding）：
为了满足特定JVM或操作系统对于内存分配的要求（比如某些硬件平台要求内存地址必须是某个字节数的倍数），JVM会在对象实例数据末尾填充额外的字节，确保整个对象占用的空间是对齐的。

Java中的基本数据类型及其大小

整数类型：
byte: 8位（1字节），有符号整数，范围从-128到127。
short: 16位（2字节），有符号整数，范围从-32,768到32,767。
int: 32位（4字节），有符号整数，范围从-2^31到231-1（即-2,147,483,648到2,147,483,647）。
long: 64位（8字节），有符号整数，范围从-2^63到263-1。
浮点类型：
float: 32位（4字节），单精度浮点数。
double: 64位（8字节），双精度浮点数。
字符类型：
char: 16位（2字节），无符号Unicode字符，范围从\u0000到\uffff。
布尔类型：
boolean: 在Java虚拟机中没有明确规定其确切的大小，但通常被视为占据至少一个比特位。然而，在内存分配时，它往往会被编译器优化成字节存储。

需要注意的是，尽管硬件架构可能不同，但在Java虚拟机中，上述基本数据类型的大小是固定的，并不依赖于运行Java程序的具体平台。

计算大小方式

要精确计算Java对象的大小，可以使用以下几种方法：

Instrumentation API： Java的java.lang.instrument.Instrumentation 接口提供了诸如getObjectSize()这样的方法，允许在运行时获取对象的精确大小。
JDK1.8有一个类jdk.nashorn.internal.ir.debug.ObjectSizeCalculator可以评估出对象的大小,直接调用静态方法ObjectSizeCalculator.getObjectSize
第三方工具：使用诸如JOL (Java Object Layout) 或 VisualVM 等工具分析堆内存，它们能够展示出对象的具体内存布局以及占用大小。
手动估算：根据上述组成原理，可以逐个累加各字段的大小来估算对象头加上实例数据的大小，但这种方法很难考虑到具体的JVM实现细节以及对齐填充的影响。

计算大小实战

这里使用第三方工具JOL

import jdk.nashorn.internal.ir.debug.ObjectSizeCalculator;
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;

public class ObjectSize {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("只打印大小");
        System.out.println(ObjectSizeCalculator.getObjectSize(new Object()));
        System.out.println(ObjectSizeCalculator.getObjectSize(new String()));
        System.out.println(ObjectSizeCalculator.getObjectSize(new int[]{}));
        System.out.println(ObjectSizeCalculator.getObjectSize(new Integer(1)));

        System.out.println("打印对象的内存大小占用情况，详细版本");
        ClassLayout layout = ClassLayout.parseInstance(new Object());
        System.out.println(layout.toPrintable());


        System.out.println();
        ClassLayout layout2 = ClassLayout.parseInstance(new A());
        System.out.println(layout2.toPrintable());

        System.out.println();
        ClassLayout layout1 = ClassLayout.parseInstance(new int[]{});
        System.out.println(layout1.toPrintable());
    }

    public static class A {
        private Integer age;

        private String name;

        private Double balance;

        private Boolean sex;
    }
}