让你亲眼看见java对象内存大小(基于64位操作系统)

简介: 让你亲眼看见java对象内存大小(基于64位操作系统)

引言

hello,大家好,我是小面!今天有个小伙伴私信我说怎么能亲眼看见java对象占用的大小呢?那小面就这个问题做一个简单的实验来,基于64位操作系统来看看对象的大小。

在开始实验之前,也有一些老生常谈的知识需要铺垫一下。

查看虚拟机配置

通过-xx参数 PrintCommandLineFlags查看

那么我们看到了一堆输出参数,参数前面带有-XX,-XX是指什么呢?

这个是JVM为我们提供了三种参数方式(标准选项、X选项、XX选项)

标准选项

这类选项功能是非常稳定的,在后续jdk版本中也不太会发生变化。

在cmd终端运行java、 java -help 就可以看到所有的标准选项。

所有的标准选项都是以 - 开头,例如-version,-server等。

X选项

这类选项功能还是很稳定,后续版本中可能会改变,也有可能不再提供了。

运行 java -X 命令可以看到所有的X选项。

这类选项都是以 -X 开头,比如 -Xmx -Xms  -Xmn -Xss。

XX选项

这类选项是属于实验性,主要是给JVM开发者用于开发和调试JVM的,后续的版本中有可能会变化。

如果是布尔类型的选项,它的格式为-XX:+flag或者-XX:-flag,分别表示开启和关闭该选项。

针对非布尔类型的选项,它的格式为-XX:flag=value

例如:

-XX:InitialHeapSize=132558400 #JVM初始堆内存
-XX:MaxHeapSize=2120934400 #JVM最大堆内存
-XX:+PrintCommandLineFlags
-XX:+UseCompressedClassPointers
-XX:+UseCompressedOops
-XX:-UseLargePagesIndividualAllocation
-XX:+UseParallelGC

其中有一项是UseCompressedClassPointers,这个叫开启指针压缩

在HotSpot 虚拟机中,对象在内存中布局分为三块区域,对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding),普通对象和数组对象又稍有差别,我们一起来看一看。

普通对象

  1. 对象头:markword  8个字节
  2. ClassPointer指针:-XX:+UseCompressedClassPointers 大小为4字节 -XX:-UseCompressedClassPointers不开启为8字节。表示是否启用类指针压缩,因为对于任何一个jvm中的对象而言,其内部都有一个指向自己对应类(属于哪个class)的指针(Java习惯叫引用),在64位的Java虚拟机中,默认是启动压缩的
  3. 实例数据 引用类型:-XX:+UseCompressedOops 大小为4字节 -XX:-UseCompressedOops不开启为8字节 表示是否使用普通对象指针压缩,Oops是Ordinary object pointers的缩写,就是任何指向一个在堆中的对象(非简单类型)的指针,默认也是启动压缩的
  4. Padding对齐,8的倍数(加上这个对齐的字节就是整个对象的大小,大小是8的倍数)

数组对象

  1. 对象头:markword 8个字节
  2. ClassPointer指针同上
  3. 数组长度:4字节
  4. 数组数据
  5. 对齐 8的倍数(加上这个对齐的字节就是整个对象的大小,大小是8的倍数)

可以看见,数组对象比普通对象多了一个数组长度对象,另外普通对象和数组对象都是有对象头的,我们来看下对象头。

对象头

对象头主要包括Mark Word,对象指针,数组长度

Mark Word

Mark Word占用8字节空间,其主要用于锁升级。
    无锁:Mark Word保存对象HashCode,锁标志位是01,是否偏向锁为0。
    偏向锁:请求进来先检查是否包括线程id,没有的话保存线程id,修改是否偏向锁标识。如果包括线程id,则判断线程id是否是本线程id,是的话继续向下执行,不是的则进行抢锁操作,抢锁成功更改线程id,失败则升级为轻量级锁。
    轻量级锁:偏向锁抢夺失败后升级为轻量级锁,jvm通过cas操作在当前线程的线程栈中开辟一块单独的空间保存指向对象锁Mark Word的指针,并且在对象锁Mark Word中保存指向这片空间的指针,如果保存成功,则表示当前线程抢到锁,继续执行。保存失败则表示抢锁失败。
    轻量级锁抢锁失败JVM使用自旋锁不断重试抢锁避免线程阻塞,当达到一定次数后(jdk1.7后JVM控制自旋次数),升级为重量级锁。
   -XX:-UseSpinning  控制是否开启自旋锁,默认开启
    重量级锁: 自旋锁自旋一定次数还没获得锁则升级为重量级锁,此时只有获取到锁的线程能执行,其余线程阻塞。

对于对象有了一个初步的认识后,小面将通过一个小实验来观测对象的大小,让大家有一个实质性的感受。

实验(观察对象的大小)

  1. 新建项目(以IDEA为例)ObjectSize (1.8)一个单独的项目
  2. 创建文件ObjectSizeAgent
import java.lang.instrument.Instrumentation;
public class ObjectSizeAgent {
    private static Instrumentation inst;
    public static void premain(String agentArgs, Instrumentation _inst) {
        inst = _inst;
    }
    public static long sizeOf(Object o) {
        return inst.getObjectSize(o);
    }
}

  1. src目录下创建META-INF/MANIFEST.MF
Manifest-Version: 1.0
Created-By: lnf.com
Premain-Class: com.lnf.ObjectSizeAgent
  1. 注意Premain-Class这行必须是新的一行(回车 + 换行),确认idea不能有任何错误提示 pom打包设置:
<build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-jar-plugin</artifactId>
                <version>3.1.0</version>
                <configuration>
                    <archive>
                        <manifestEntries>
                            <Premain-Class>com.lnf.ObjectSizeAgent</Premain-Class>
                            <Agent-Class>com.lnf.ObjectSizeAgent</Agent-Class>
                            <Can-Redefine-Classes>true</Can-Redefine-Classes>
                            <Can-Retransform-Classes>true</Can-Retransform-Classes>
                        </manifestEntries>
                    </archive>
                </configuration>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

image.png

  1. 打包jar文件
  2. 创建测量类:
import com.lnf.jvm.agent.ObjectSizeAgent;
   public class T03_SizeOfAnObject {
       public static void main(String[] args) {
           System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new Object()));
           System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new int[] {}));
           System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new P()));
       }
       private static class P {
                           //8 _markword
                           //4 _oop指针
           int id;         //4
           String name;    //4
           int age;        //4
           byte b1;        //1
           byte b2;        //1
           Object o;       //4
           byte b3;        //1
       }
   }
  1. 在需要使用该Agent Jar的项目中引入该Jar包 project structure - project settings - library 添加该jar包

7. 运行时需要该Agent Jar的类,加入参数:

-javaagent:E:\java\test\ObjectSize\target\ObjectSize-1.0-SNAPSHOT.jar

不开启压缩指针,减号就表示不开启

-javaagent:E:\java\test\ObjectSize\target\ObjectSize-1.0-SNAPSHOT.jar -XX:-UseCompressedClassPointers

指定把哪个jar文件当成我这次运行的虚拟机

  1. 运行测量类:
import com.lnf.jvm.agent.ObjectSizeAgent;
   public class T03_SizeOfAnObject {
       public static void main(String[] args) {
           System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new Object()));
           System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new int[] {}));
           System.out.println(ObjectSizeAgent.sizeOf(new P()));
       }
       private static class P {
                           //8 _markword
                           //4 _oop指针
           int id;         //4
           String name;    //4
           int age;        //4
           byte b1;        //1
           byte b2;        //1
           Object o;       //4
           byte b3;        //1
       }
   }

new Object()的长度16 = 对象头8+指针(不开启指针压缩长度是8)4 + padding 4

new int[] 的长度 =  对象头8+指针(不开启指针压缩长度是8)4 + int类型 4 + padding 0(长度正好16是8的2倍)

那么这里开启指针压缩,我们也可不开启指针压缩,通过JVM参数

-javaagent:E:\java\test\ObjectSize\target\ObjectSize-1.0-SNAPSHOT.jar -XX:-UseCompressedClassPointers

-XX:-UseCompressedClassPointers不开启指针压缩来看下运行结果

大家可以自行算一下,不开启压缩就是8个字节

总结

实验到这就结束了,相信大家通过这个小实验可以认识到一个对象在JVM内存中的布局。大家可以动手自己试一试,利用javaagent实测java对象大小。

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