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引言
Java的对象被jvm管理,单个对象如何布局,大小如何,程序员可以不用关心。
但是,掌握一些相关的知识,可以让我们对应用中使用的对象大小有一个大致的估计,做到心中有数,当遇到内存敏感型应用时,可以通过适当的参数调节和应用优化减少内存占用。
另外,just for fun。
声明
以下讨论大部分都是基于32bits Java Hotspot VM,关于64bits的会特殊声明。
本文查看java对象的内存输出来自工具包memoryutil
http://zhang-xzhi-xjtu.iteye.com/admin/blogs/2116347
Java对象内存组成
对象内存由以下几部分组成:Object header + primitive fields + reference fields + padding
Object header :
对象头。Hotspot中,一般对象(非数组对象)为8bytes,数组对象为12bytes。
primitive fields :
boolean byte 1
char short 2
int float 4
long double 8
reference fields :
4 bytes
padding :
为了内存对齐的填充字节。
Hotspot中,对象占据的内存是8字节的整数倍。如果不是,则加padding到8字节的整数倍。注意,padding不一定是padding到所有field之后,field有可能重新排序,以满足一定的对齐规则,padding也有可能插入到不同的地方,参见下文的例子。
shallow size和full size
我们计算new A()占据的内存时:
对象头, id(primitive)所占据的内存,str的reference内存,padding。为shallow size。
对象头, id(primitive)所占据的内存, str的reference内存,padding,str实例本身所占据的内存(full size)。为full size。
简单普通对象例子
一个new Object()占据8bytes,只有对象头。
shallow size=full size=8
class ObjectWithOneBooleanField {
boolean b;
}
一个new ObjectWithOneBooleanField()占据16bytes.
shallow size=full size=8(对象头)+1(boolean)+7(padding)=16
当一个class定义了8个boolean的field。一个对象还是占据16bytes。这种情况下无padding。
shallow size=full size=8(对象头)+8(boolean*8)=16。
class A {
boolean val0;
long val1;
int val2;
}
一个new A()占据24bytes.
shallow size=full size=8(对象头)+1(boolean)+8(long)+4(int)+3(padding)=24
数组及例子
数组是特殊的对象。对象头为12。4bytes保存length。
多维数组不过就是数组的数组。
一维primitive数组
new byte[0]
shallow size=full size=12(对象头)+4(padding)=16
new byte[4]
shallow size=full size=12(对象头)+4(byte*4)=16
new byte[5]
shallow size=full size=12(对象头)+5(byte*5)+7(padding)=24
一维reference数组
new Object[] {}
shallow size=full size=12(对象头)+4(padding)=16
new Object[] { new Object(), new Object() }
shallow size=12(对象头)+8(reference*2)+4(padding)=24
full size=24(shallow size)+16(2个空object的内存,每个8bytes)=40
二维数组
new Object[][] {
new Object[] { new Object() },
new Object[] { new Object(), new Object() }
}
shallow size=12(对象头)+8(reference*2)+4(padding)=24
对new Object[] { new Object() }
shallow size=12(对象头)+4(reference)=16
full size=16(shallow size)+8(空对象大小)=24
对new Object[] { new Object(), new Object() }
Full size=40(前文计算过)
合起来 full size=24+24+40=88
Field重排序
我们来看一个例子。
ClassWithManyFields
----------------------------------------------------------------
object class info : allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields
object identityHashCode : 10851992
in parent info : root object
shallow size = 40
full size = 40
-----------shallow size detail.-----------------
headerType = NormalHeader size = 8
offset : 8 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val1
offset : 16 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val3
offset : 24 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val5
offset : 32 size = 4 int allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val2
offset : 36 size = 1 boolean allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val0
offset : 37 size = 1 boolean allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val4
padding size = 2
-----------end of shallow size detail.----------
----------------------------------------------------------------
可以看出,field被重新排序,以保证K长度的数据类型地址都是K的整数倍。
类继承关系对内存布局的影响
Child
----------------------------------------------------------------
object class info : allen.memoryutil.dirver.Child
object identityHashCode : 15244180
in parent info : root object
shallow size = 32
full size = 32
-----------shallow size detail.-----------------
headerType = NormalHeader size = 8
offset : 8 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.Father.father_long
offset : 16 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.Father.father_byte_0
offset : 17 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.Father.father_byte_1
offset : 20 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.Child.child_byte_0
offset : 21 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.Child.child_byte_1
offset : 24 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.Child.child_long
padding size = 4
-----------end of shallow size detail.----------
----------------------------------------------------------------
可以看到,父类的field先单独排列(有重排序),然后才是子类的field排列(有重排序)。
如何合法浪费内存
理解了内存对齐和父类的field单独排列,我们可以合法的构造浪费内存的对象。
C_D
----------------------------------------------------------------
object class info : allen.memoryutil.dirver.C_D
object identityHashCode : 30377347
in parent info : root object
shallow size = 40
full size = 40
-----------shallow size detail.-----------------
headerType = NormalHeader size = 8
offset : 8 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.C_A.a_byte
offset : 16 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.C_B.b_long
offset : 24 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.C_C.c_byte
offset : 32 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.C_D.d_long
padding size = 14
-----------end of shallow size detail.----------
----------------------------------------------------------------
可以看到,由于类型在继承体系中,field是byte和long间隔定义,导致padding比较大。
当类的继承链比较长时,则最多可以浪费7/16=43%的内存。
32位jvm和64位jvm
64bits JVM和32bits相比变化如下:
对象占用的内存大小受到VM参数UseCompressedOops的影响。
开启(-XX:+UseCompressedOops) 可以压缩指针。
关闭(-XX:-UseCompressedOops) 可以关闭压缩指针。
原理:
4bytes引用(地址编码),当寻址单位为1 byte时,寻址空间为4G空间。
由于java对象都是8bytes对齐的,因此,所有java对象地址的低3bits都是0,有点浪费。
如果寻址单位从1byte改为8bytes,则可以去除该浪费。
4bytes引用(地址编码),当寻址单位为8 byte时,寻址空间为32G空间。
可以看到,压缩指针技术只适用于java堆大小<=32G的情况。
UseCompressedOops默认开启规则:
Compressed oops is supported and enabled by default in Java SE 6u23 and later. In Java SE 7, use of compressed oops is the default for 64-bit JVM processes when -Xmx isn't specified and for values of -Xmx less than 32 gigabytes. For JDK 6 before the 6u23 release, use the -XX:+UseCompressedOops flag with the java command to enable the feature.
memoryutil详情输出简要说明
"abcd"字符串的详情例子
参考
http://www.javamex.com/tutorials/memory/index.shtml
http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/vm/performance-enhancements-7.html#compressedOop
Java的对象被jvm管理,单个对象如何布局,大小如何,程序员可以不用关心。
但是,掌握一些相关的知识,可以让我们对应用中使用的对象大小有一个大致的估计,做到心中有数,当遇到内存敏感型应用时,可以通过适当的参数调节和应用优化减少内存占用。
另外,just for fun。
声明
以下讨论大部分都是基于32bits Java Hotspot VM,关于64bits的会特殊声明。
本文查看java对象的内存输出来自工具包memoryutil
http://zhang-xzhi-xjtu.iteye.com/admin/blogs/2116347
Java对象内存组成
对象内存由以下几部分组成:Object header + primitive fields + reference fields + padding
Object header :
对象头。Hotspot中,一般对象(非数组对象)为8bytes,数组对象为12bytes。
primitive fields :
boolean byte 1
char short 2
int float 4
long double 8
reference fields :
4 bytes
padding :
为了内存对齐的填充字节。
Hotspot中,对象占据的内存是8字节的整数倍。如果不是,则加padding到8字节的整数倍。注意,padding不一定是padding到所有field之后,field有可能重新排序,以满足一定的对齐规则,padding也有可能插入到不同的地方,参见下文的例子。
shallow size和full size
class A{ int id; String str; }
我们计算new A()占据的内存时:
对象头, id(primitive)所占据的内存,str的reference内存,padding。为shallow size。
对象头, id(primitive)所占据的内存, str的reference内存,padding,str实例本身所占据的内存(full size)。为full size。
简单普通对象例子
一个new Object()占据8bytes,只有对象头。
shallow size=full size=8
class ObjectWithOneBooleanField {
boolean b;
}
一个new ObjectWithOneBooleanField()占据16bytes.
shallow size=full size=8(对象头)+1(boolean)+7(padding)=16
当一个class定义了8个boolean的field。一个对象还是占据16bytes。这种情况下无padding。
shallow size=full size=8(对象头)+8(boolean*8)=16。
class A {
boolean val0;
long val1;
int val2;
}
一个new A()占据24bytes.
shallow size=full size=8(对象头)+1(boolean)+8(long)+4(int)+3(padding)=24
数组及例子
数组是特殊的对象。对象头为12。4bytes保存length。
多维数组不过就是数组的数组。
一维primitive数组
new byte[0]
shallow size=full size=12(对象头)+4(padding)=16
new byte[4]
shallow size=full size=12(对象头)+4(byte*4)=16
new byte[5]
shallow size=full size=12(对象头)+5(byte*5)+7(padding)=24
一维reference数组
new Object[] {}
shallow size=full size=12(对象头)+4(padding)=16
new Object[] { new Object(), new Object() }
shallow size=12(对象头)+8(reference*2)+4(padding)=24
full size=24(shallow size)+16(2个空object的内存,每个8bytes)=40
二维数组
new Object[][] {
new Object[] { new Object() },
new Object[] { new Object(), new Object() }
}
shallow size=12(对象头)+8(reference*2)+4(padding)=24
对new Object[] { new Object() }
shallow size=12(对象头)+4(reference)=16
full size=16(shallow size)+8(空对象大小)=24
对new Object[] { new Object(), new Object() }
Full size=40(前文计算过)
合起来 full size=24+24+40=88
Field重排序
我们来看一个例子。
class ClassWithManyFields { boolean val0; long val1; int val2; long val3; boolean val4; long val5; }
ClassWithManyFields
----------------------------------------------------------------
object class info : allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields
object identityHashCode : 10851992
in parent info : root object
shallow size = 40
full size = 40
-----------shallow size detail.-----------------
headerType = NormalHeader size = 8
offset : 8 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val1
offset : 16 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val3
offset : 24 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val5
offset : 32 size = 4 int allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val2
offset : 36 size = 1 boolean allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val0
offset : 37 size = 1 boolean allen.memoryutil.dirver.ClassWithManyFields.val4
padding size = 2
-----------end of shallow size detail.----------
----------------------------------------------------------------
可以看出,field被重新排序,以保证K长度的数据类型地址都是K的整数倍。
类继承关系对内存布局的影响
class Father { byte father_byte_0; long father_long; byte father_byte_1; } class Child extends Father { byte child_byte_0; long child_long; byte child_byte_1; }
Child
----------------------------------------------------------------
object class info : allen.memoryutil.dirver.Child
object identityHashCode : 15244180
in parent info : root object
shallow size = 32
full size = 32
-----------shallow size detail.-----------------
headerType = NormalHeader size = 8
offset : 8 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.Father.father_long
offset : 16 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.Father.father_byte_0
offset : 17 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.Father.father_byte_1
offset : 20 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.Child.child_byte_0
offset : 21 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.Child.child_byte_1
offset : 24 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.Child.child_long
padding size = 4
-----------end of shallow size detail.----------
----------------------------------------------------------------
可以看到,父类的field先单独排列(有重排序),然后才是子类的field排列(有重排序)。
如何合法浪费内存
理解了内存对齐和父类的field单独排列,我们可以合法的构造浪费内存的对象。
class C_A { byte a_byte; } class C_B extends C_A { long b_long; } class C_C extends C_B { byte c_byte; } class C_D extends C_C { long d_long; }
C_D
----------------------------------------------------------------
object class info : allen.memoryutil.dirver.C_D
object identityHashCode : 30377347
in parent info : root object
shallow size = 40
full size = 40
-----------shallow size detail.-----------------
headerType = NormalHeader size = 8
offset : 8 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.C_A.a_byte
offset : 16 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.C_B.b_long
offset : 24 size = 1 byte allen.memoryutil.dirver.C_C.c_byte
offset : 32 size = 8 long allen.memoryutil.dirver.C_D.d_long
padding size = 14
-----------end of shallow size detail.----------
----------------------------------------------------------------
可以看到,由于类型在继承体系中,field是byte和long间隔定义,导致padding比较大。
当类的继承链比较长时,则最多可以浪费7/16=43%的内存。
32位jvm和64位jvm
64bits JVM和32bits相比变化如下:
对象占用的内存大小受到VM参数UseCompressedOops的影响。
开启(-XX:+UseCompressedOops) 可以压缩指针。
关闭(-XX:-UseCompressedOops) 可以关闭压缩指针。
原理:
4bytes引用(地址编码),当寻址单位为1 byte时,寻址空间为4G空间。
由于java对象都是8bytes对齐的,因此,所有java对象地址的低3bits都是0,有点浪费。
如果寻址单位从1byte改为8bytes,则可以去除该浪费。
4bytes引用(地址编码),当寻址单位为8 byte时,寻址空间为32G空间。
可以看到,压缩指针技术只适用于java堆大小<=32G的情况。
UseCompressedOops默认开启规则:
Compressed oops is supported and enabled by default in Java SE 6u23 and later. In Java SE 7, use of compressed oops is the default for 64-bit JVM processes when -Xmx isn't specified and for values of -Xmx less than 32 gigabytes. For JDK 6 before the 6u23 release, use the -XX:+UseCompressedOops flag with the java command to enable the feature.
memoryutil详情输出简要说明
"abcd"字符串的详情例子
---------------------------------------------------------------- object class info : java.lang.String //对象类型 object identityHashCode : 4875744 //对象identityHashCode in parent info : root object shallow size = 24 //对象shallow size full size = 48 //对象full size full padding size = 4 //对象full padding size -----------shallow size detail.----------------- //对象shallow size的详情信息 headerType = NormalHeader size = 8 //普通对象头,大小为8 offset : 8 size = 4 private final char[] java.lang.String.value //value field的offset为8,大小为4。 offset : 12 size = 4 private final int java.lang.String.offset //offset field的offset为12,大小为4。 offset : 16 size = 4 private final int java.lang.String.count //count field的offset为16,大小为4。 offset : 20 size = 4 private int java.lang.String.hash //hash field的offset为20,大小为4。 padding size = 0 //padding为0。 -----------end of shallow size detail.---------- //该字符串引用的char[]详情信息 object class info : char[] object identityHashCode : 15672056 in parent info : private final char[] java.lang.String.value in parent. //对象在被引用对象中的位置信息。 shallow size = 24 full size = 24 full padding size = 4 -----------shallow size detail.----------------- headerType = ArrayHeader size = 12 //数组对象头,大小为12 compType = char arrayLength = 4 size = ( 2 * 4 ) = 8 //数组的类型为char,长度为4,大小为8。 padding size = 4 //padding为4。 -----------end of shallow size detail.---------- ----------------------------------------------------------------
参考
http://www.javamex.com/tutorials/memory/index.shtml
http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/vm/performance-enhancements-7.html#compressedOop
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其目的在于通过实践加深学生对面向对象程序设计的理论、方法和基础知识的理解,掌握使用Java语言进行面向对象设计的基本方法,提高运用面向对象知识分析实际问题、解决实际问题的能力,提高学生的应用能力。...
其目的在于通过实践加深学生对面向对象程序设计的理论、方法和基础知识的理解,掌握使用Java语言进行面向对象设计的基本方法,提高运用面向对象知识分析实际问题、解决实际问题的能力,提高学生的应用能力。...
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