When---什么时候需要知道对象的内存大小
在内存足够用的情况下我们是不需要考虑java中一个对象所占内存大小的。但当一个系统的内存有限，或者某块程序代码允许使用的内存大小有限制，又或者设计一个缓存机制，当存储对象内存超过固定值之后写入磁盘做持久化等等，总之我们希望像写C一样，java也能有方法实现获取对象占用内存的大小。
How---java怎样获取对象所占内存大小
在回答这个问题之前，我们需要先了解java的基础数据类型所占内存大小。
| 数据类型 | 所占空间（byte） |
| byte | 1 |
| short | 2 |
| int | 4 |
| long | 8 |
| float | 4 |
| double | 8 |
| char | 2 |
| boolean | 1 |
当然，java作为一种面向对象的语言，更多的情况需要考虑对象的内存布局，java对于对象所占内存大小需要分两种情况考虑：
| 对象类型 | 内存布局构成 |
| 一般非数组对象 | 8个字节对象头(mark) + 4/8字节对象指针 + 数据区 + padding内存对齐(按照8的倍数对齐) |
| 数组对象 | 8个字节对象头(mark) + 4/8字节对象指针 + 4字节数组长度 + 数据区 + padding内存对齐(按照8的倍数对齐) |
可以看到数组类型对象和普通对象的区别仅在于4字节数组长度的存储区间。而对象指针究竟是4字节还是8字节要看是否开启指针压缩。Oracle JDK从6 update 23开始在64位系统上会默认开启压缩指针
http://rednaxelafx.iteye.com/blog/1010079。如果要强行关闭指针压缩使用-XX:-UseCompressedOops,强行启用指针压缩使用: -XX:+UseCompressedOops。
接下来我们来举例来看实现java获取对象所占内存大小的方法：
假设我们有一个类的定义如下：
1 private static class ObjectA { 2 String str; // 4 3 int i1; // 4 4 byte b1; // 1 5 byte b2; // 1 6 int i2; // 4 7 ObjectB obj; //4 8 byte b3; // 1 9 } 10 11 private static class ObjectB { 12 13 }
如果我们直接按照上面掌握的java对象内存布局进行计算，则有：
Size(ObjectA) = Size(对象头(_mark)) + size(oop指针) + size(数据区)
Size(ObjectA) = 8 + 4 + 4(String) + 4(int) + 1(byte) + 1(byte) + 2(padding) + 4(int) + 4(ObjectB指针) + 1(byte) + 7(padding)
Size(ObjectA) = 40
我们直接通过两种获取java对象内存占用大小的方式来验证我们的计算是否正确。
方式1---通过Instrumentation来获取
这种方法得到的是Shallow Size，即遇到引用时，只计算引用的长度，不计算所引用的对象的实际大小。如果要计算所引用对象的实际大小，必须通过递归的方式去计算。
查看jdk的代码发现，Instrumentation是一个接口，本来我想的是可以直接定义一个类实现该接口。但是看了下该接口里面的方法瞬间傻眼。根本没法去重写。
calm down，原来Instrumentation接口的实例需要使用代理的方式来获得。具体步骤如下：
1. 编写 premain 函数
编写一个 Java 类，包含如下两个方法当中的任何一个
public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst); [1]
public static void premain(String agentArgs); [2]
其中，[1] 的优先级比 [2] 高，将会被优先执行（[1] 和 [2] 同时存在时，[2] 被忽略）。
在这个 premain 函数中，开发者可以进行对类的各种操作。
agentArgs 是 premain 函数得到的程序参数，随同 “– javaagent”一起传入。与 main 函数不同的是，这个参数是一个字符串而不是一个字符串数组，如果程序参数有多个，程序将自行解析这个字符串。
Inst 是一个 java.lang.instrument.Instrumentation 的实例，由 JVM 自动传入。java.lang.instrument.Instrumentation 是 instrument 包中定义的一个接口，也是这个包的核心部分，集中了其中几乎所有的功能方法，例如类定义的转换和操作等。
1 package instrumentation.test; 2 3 import java.lang.instrument.Instrumentation; 4 5 public class ObjectShallowSize { 6 private static Instrumentation inst; 7 8 public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instP){ 9 inst = instP; 10 } 11 12 public static long sizeOf(Object obj){ 13 return inst.getObjectSize(obj); 14 } 15 }
2. 在META-INF下面新建MANIFEST.MF文件，并且指定
Manifest-Version: 1.0
Premain-Class: instrumentation.test.ObjectShallowSize
3. 通过eclipse->export->jar->next->next,然后选中定制的 MANIFEST.MF 文件，进行jar打包。
4. 给需要使用ObjectShallowSize的工程引入该jar包，并通过代码测试对象所占内存大小：
1 System.out.println(ObjectShallowSize.sizeOf(new ObjectA())); // 32
5. 在运行调用ObjectShallowSize.sizeof的类的工程中加上刚打的jar包依赖，同时eclipse里面run configuration,在VM arguments中添加（标红部分为jar包的绝对路径）：
-javaagent:E:/software/instrumentation-sizeof.jar
方式2---使用Unsafe来获取
关于Unsafe的使用，后面我会专门开一个专题来详细讲述，这里暂时让我们来见识下Unsafe的神奇之处。
1 private final static Unsafe UNSAFE; 2 // 只能通过反射获取Unsafe对象的实例 3 static { 4 try { 5 UNSAFE = (Unsafe) Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe").get(null); 6 } catch (Exception e) { 7 throw new Error(); 8 } 9 } 10 11 Field[] fields = ObjectA.class.getDeclaredFields(); 12 for (Field field : fields) { 13 System.out.println(field.getName() + "---offSet:" + UNSAFE.objectFieldOffset(field)); 14 }
输出结果为：
str---offSet:24 i1---offSet:12 b1---offSet:20 b2---offSet:21 i2---offSet:16 obj---offSet:28 b3---offSet:22
我们同样可以算得对象实际占用的内存大小：
Size(ObjectA) = Size(对象头(_mark)) + size(oop指针) + size(排序后数据区) = 8 + 4 + (28+4-12) = 32.
我们再回过头来，看我们在通过代码获取对象所占内存大小之前的预估值40。比我们实际算出来的值多了8个字节。通过Unsafe打印的详细信息，我们不难想到这其实是由hotspot创建对象时的排序决定的：
HotSpot创建的对象的字段会先按照给定顺序排列,默认的顺序为：从长到短排列，引用排最后: long/double –> int/float –> short/char –> byte/boolean –> Reference。
所以我们重新计算对象所占内存大小得：
Size(ObjectA) = Size(对象头(_mark)) + size(oop指针) + size(排序后数据区)
Size(ObjectA) = 8 + 4 + 4(int) + 4(int) + byte(1) + byte(1) + 2(padding) + 4(String) + 4(ObjectB指针)
Size(ObjectA) = 32
与上面计算结果一致。
Deeper---深入分析的一个例子：
以下代码摘抄自原链接：
1 package test; 2 3 import java.lang.reflect.Array; 4 import java.lang.reflect.Field; 5 import java.lang.reflect.Modifier; 6 import java.util.ArrayList; 7 import java.util.Arrays; 8 import java.util.Collections; 9 import java.util.HashMap; 10 import java.util.IdentityHashMap; 11 import java.util.List; 12 import java.util.Map; 13 14 import sun.misc.Unsafe; 15 16 public class ClassIntrospector { 17 18 private static final Unsafe unsafe; 19 /** Size of any Object reference */ 20 private static final int objectRefSize; 21 static { 22 try { 23 Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); 24 field.setAccessible(true); 25 unsafe = (Unsafe) field.get(null); 26 27 // 可以通过Object[]数组得到oop指针究竟是压缩后的4个字节还是未压缩的8个字节 28 objectRefSize = unsafe.arrayIndexScale(Object[].class); 29 } catch (Exception e) { 30 throw new RuntimeException(e); 31 } 32 } 33 34 /** Sizes of all primitive values */ 35 private static final Map<Class<?>, Integer> primitiveSizes; 36 37 static { 38 primitiveSizes = new HashMap<Class<?>, Integer>(10); 39 primitiveSizes.put(byte.class, 1); 40 primitiveSizes.put(char.class, 2); 41 primitiveSizes.put(int.class, 4); 42 primitiveSizes.put(long.class, 8); 43 primitiveSizes.put(float.class, 4); 44 primitiveSizes.put(double.class, 8); 45 primitiveSizes.put(boolean.class, 1); 46 } 47 48 /** 49 * Get object information for any Java object. Do not pass primitives to 50 * this method because they will boxed and the information you will get will 51 * be related to a boxed version of your value. 52 * 53 * @param obj 54 * Object to introspect 55 * @return Object info 56 * @throws IllegalAccessException 57 */ 58 public ObjectInfo introspect(final Object obj) 59 throws IllegalAccessException { 60 try { 61 return introspect(obj, null); 62 } finally { // clean visited cache before returning in order to make 63 // this object reusable 64 m_visited.clear(); 65 } 66 } 67 68 // we need to keep track of already visited objects in order to support 69 // cycles in the object graphs 70 private IdentityHashMap<Object, Boolean> m_visited = new IdentityHashMap<Object, Boolean>( 71 100); 72 73 private ObjectInfo introspect(final Object obj, final Field fld) 74 throws IllegalAccessException { 75 // use Field type only if the field contains null. In this case we will 76 // at least know what's expected to be 77 // stored in this field. Otherwise, if a field has interface type, we 78 // won't see what's really stored in it. 79 // Besides, we should be careful about primitives, because they are 80 // passed as boxed values in this method 81 // (first arg is object) - for them we should still rely on the field 82 // type. 83 boolean isPrimitive = fld != null && fld.getType().isPrimitive(); 84 boolean isRecursive = false; // will be set to true if we have already 85 // seen this object 86 if (!isPrimitive) { 87 if (m_visited.containsKey(obj)) 88 isRecursive = true; 89 m_visited.put(obj, true); 90 } 91 92 final Class<?> type = (fld == null || (obj != null && !isPrimitive)) ? obj 93 .getClass() : fld.getType(); 94 int arraySize = 0; 95 int baseOffset = 0; 96 int indexScale = 0; 97 if (type.isArray() && obj != null) { 98 baseOffset = unsafe.arrayBaseOffset(type); 99 indexScale = unsafe.arrayIndexScale(type); 100 arraySize = baseOffset + indexScale * Array.getLength(obj); 101 } 102 103 final ObjectInfo root; 104 if (fld == null) { 105 root = new ObjectInfo("", type.getCanonicalName(), getContents(obj, 106 type), 0, getShallowSize(type), arraySize, baseOffset, 107 indexScale); 108 } else { 109 final int offset = (int) unsafe.objectFieldOffset(fld); 110 root = new ObjectInfo(fld.getName(), type.getCanonicalName(), 111 getContents(obj, type), offset, getShallowSize(type), 112 arraySize, baseOffset, indexScale); 113 } 114 115 if (!isRecursive && obj != null) { 116 if (isObjectArray(type)) { 117 // introspect object arrays 118 final Object[] ar = (Object[]) obj; 119 for (final Object item : ar) 120 if (item != null) 121 root.addChild(introspect(item, null)); 122 } else { 123 for (final Field field : getAllFields(type)) { 124 if ((field.getModifiers() & Modifier.STATIC) != 0) { 125 continue; 126 } 127 field.setAccessible(true); 128 root.addChild(introspect(field.get(obj), field)); 129 } 130 } 131 } 132 133 root.sort(); // sort by offset 134 return root; 135 } 136 137 // get all fields for this class, including all superclasses fields 138 private static List<Field> getAllFields(final Class<?> type) { 139 if (type.isPrimitive()) 140 return Collections.emptyList(); 141 Class<?> cur = type; 142 final List<Field> res = new ArrayList<Field>(10); 143 while (true) { 144 Collections.addAll(res, cur.getDeclaredFields()); 145 if (cur == Object.class) 146 break; 147 cur = cur.getSuperclass(); 148 } 149 return res; 150 } 151 152 // check if it is an array of objects. I suspect there must be a more 153 // API-friendly way to make this check. 154 private static boolean isObjectArray(final Class<?> type) { 155 if (!type.isArray()) 156 return false; 157 if (type == byte[].class || type == boolean[].class 158 || type == char[].class || type == short[].class 159 || type == int[].class || type == long[].class 160 || type == float[].class || type == double[].class) 161 return false; 162 return true; 163 } 164 165 // advanced toString logic 166 private static String getContents(final Object val, final Class<?> type) { 167 if (val == null) 168 return "null"; 169 if (type.isArray()) { 170 if (type == byte[].class) 171 return Arrays.toString((byte[]) val); 172 else if (type == boolean[].class) 173 return Arrays.toString((boolean[]) val); 174 else if (type == char[].class) 175 return Arrays.toString((char[]) val); 176 else if (type == short[].class) 177 return Arrays.toString((short[]) val); 178 else if (type == int[].class) 179 return Arrays.toString((int[]) val); 180 else if (type == long[].class) 181 return Arrays.toString((long[]) val); 182 else if (type == float[].class) 183 return Arrays.toString((float[]) val); 184 else if (type == double[].class) 185 return Arrays.toString((double[]) val); 186 else 187 return Arrays.toString((Object[]) val); 188 } 189 return val.toString(); 190 } 191 192 // obtain a shallow size of a field of given class (primitive or object 193 // reference size) 194 private static int getShallowSize(final Class<?> type) { 195 if (type.isPrimitive()) { 196 final Integer res = primitiveSizes.get(type); 197 return res != null ? res : 0; 198 } else 199 return objectRefSize; 200 } 201 }
下面来分析ObjectC所占内存大小：
1 package test; 2 3 public class IntrospectorTest { 4 private static class ObjectC { 5 ObjectD[] array = new ObjectD[2]; 6 } 7 8 private static class ObjectD { 9 int value; 10 } 11 12 public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException { 13 final ClassIntrospector ci = new ClassIntrospector(); 14 ObjectInfo res = ci.introspect(new ObjectC()); 15 System.out.println( res.getDeepSize() ); 16 } 17 }
代码输出为：40。
下面我们来分析下ObjectC的内存布局：
ShallowSize(ObjectC) = Size(对象头) + Size(oop指针) + Size(内容) + Size(对齐)
ShallowSize(ObjectC) = 8 + 4 + 4(ObjectD[]数组引用) =16
Size(ObjectD[] arr) = 8(数组对象头) + 4(oop指针) + 4(数组长度) + 4(ObjectD[0]对象引用) + 4(ObjectD[1]对象引用) = 24
因为arr没有具体赋值，所以此时具体引用的为null，不占用内存。否则需要再次计算ObjectD的内存最后想加。
所以总共得到：Size(ObjectC) = ShallowSize(ObjectC) + Size(ObjectD[] arr) = 40。
参考链接：
http://blog.csdn.net/antony9118/article/details/54317637
https://www.cnblogs.com/licheng/p/6576644.html
