面試官欺負(fù)人：new?Object()到底占用幾個(gè)字節(jié)？
時(shí)間：2021-10-29 13:55:45
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[導(dǎo)讀]前言我們來(lái)分析一下堆內(nèi)布局以及Java對(duì)象在內(nèi)存中的布局吧。對(duì)象的指向先來(lái)看一段代碼：package?com.zwx.jvm;public?class?HeapMemory?{????private?Object?obj1?=?new?Object();????public?st...
前言
我們來(lái)分析一下堆內(nèi)布局以及Java對(duì)象在內(nèi)存中的布局吧。
對(duì)象的指向
先來(lái)看一段代碼：
public class HeapMemory {
private Object obj1 = new Object();
public static void main(String[] args) {
Object obj2 = new Object();
}
}
123456789 上面的代碼中，obj1 和obj2在內(nèi)存中有什么區(qū)別？
而obj2 是屬于方法內(nèi)的局部變量，存儲(chǔ)在Java虛擬機(jī)棧內(nèi)的棧幀中的局部變量表內(nèi)，這就是經(jīng)典的棧指向堆：這里我們?cè)賮?lái)思考一下，我們一個(gè)變量指向了堆，而堆內(nèi)只是存儲(chǔ)了一個(gè)實(shí)例對(duì)象，那么堆內(nèi)的示例對(duì)象是如何知道自己屬于哪個(gè)Class，也就是說(shuō)這個(gè)實(shí)例是如何知道自己所對(duì)應(yīng)的類(lèi)元信息的呢？這就涉及到了一個(gè)Java對(duì)象在內(nèi)存中是如何布局的。
Java內(nèi)存模型
對(duì)象內(nèi)存中可以分為三塊區(qū)域：對(duì)象頭(Header)，實(shí)例數(shù)據(jù)(Instance Data)和對(duì)齊填充(Padding)，以64位操作系統(tǒng)為例(未開(kāi)啟指針壓縮的情況)Java對(duì)象布局如下圖所示：其中對(duì)象頭中的Mark Word中的詳細(xì)信息在文章synchronized鎖升級(jí)原理中有詳細(xì)介紹。上圖中的對(duì)齊填充不是一定有的，如果對(duì)象頭和實(shí)例數(shù)據(jù)加起來(lái)剛好是8字節(jié)的倍數(shù)，那么就不需要對(duì)齊填充。
Object obj=new Object()占用字節(jié)
這是網(wǎng)上很多人都會(huì)提到的一個(gè)問(wèn)題，那么結(jié)合上面的Java內(nèi)存布局，我們來(lái)分析下，以64位操作系統(tǒng)為例，new Object()占用大小分為兩種情況：
- 未開(kāi)啟指針壓縮 占用大小為：8(Mark Word) 8(Class Pointer)=16字節(jié)
- 開(kāi)啟了指針壓縮(默認(rèn)是開(kāi)啟的) 開(kāi)啟指針壓縮后，Class Pointer會(huì)被壓縮為4字節(jié)，最終大小為：8(Mark Word) 4(Class Pointer) 4(對(duì)齊填充)=16字節(jié)
org.openjdk.jol
jol-core
0.10
12345 然后新建一個(gè)簡(jiǎn)單的demo：
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
public class HeapMemory {
public static void main(String[] args) {
Object obj = new Object();
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
}
}
12345678910 輸出結(jié)果如下：
最后的結(jié)果是16字節(jié)，沒(méi)有問(wèn)題，這是因?yàn)槟J(rèn)開(kāi)啟了指針壓縮，那我們現(xiàn)在把指針壓縮關(guān)閉之后再去試試。
-XX:-UseCompressedOops 關(guān)閉指針壓縮
12
再次運(yùn)行，得到如下結(jié)果：可以看到，這時(shí)候已經(jīng)沒(méi)有了對(duì)齊填充部分了，但是占用大小還是16位。
public class MyItem {
byte i = 0;
}
12345 然后分別在開(kāi)啟指針壓縮和關(guān)閉指針壓縮的場(chǎng)景下分別輸出這個(gè)類(lèi)的大小。
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
public class HeapMemory {
public static void main(String[] args) {
MyItem myItem = new MyItem();
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(myItem).toPrintable());
}
}
12345678910 開(kāi)啟指針壓縮,占用16字節(jié)：
關(guān)閉指針壓縮，占用24字節(jié)：這個(gè)時(shí)候就能看出來(lái)開(kāi)啟了指針壓縮的優(yōu)勢(shì)了，如果不斷創(chuàng)建大量對(duì)象，指針壓縮對(duì)性能還是有一定優(yōu)化的。
對(duì)象的訪問(wèn)
創(chuàng)建好一個(gè)對(duì)象之后，當(dāng)然需要去訪問(wèn)它，那么當(dāng)我們需要訪問(wèn)一個(gè)對(duì)象的時(shí)候，是如何定位到對(duì)象的呢？目前最主流的訪問(wèn)對(duì)象方式有兩種：句柄訪問(wèn)和直接指針訪問(wèn)。
-
句柄訪問(wèn) 使用句柄訪問(wèn)的話，Java虛擬機(jī)會(huì)在堆內(nèi)劃分出一塊內(nèi)存來(lái)存儲(chǔ)句柄池，那么對(duì)象當(dāng)中存儲(chǔ)的就是句柄地址，然后句柄池中才會(huì)存儲(chǔ)對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)和對(duì)象類(lèi)型數(shù)據(jù)地址。
-
直接指針訪問(wèn)(Hot Spot虛擬機(jī)采用的方式) 直接指針訪問(wèn)的話對(duì)象中就會(huì)直接存儲(chǔ)對(duì)象類(lèi)型數(shù)據(jù)。
句柄訪問(wèn)和直接指針訪問(wèn)對(duì)比
上面圖形中我們很容易對(duì)比，就是如果使用句柄訪問(wèn)的時(shí)候，會(huì)多了一次指針定位，但是他也有一個(gè)好處就是，假如一個(gè)對(duì)象被移動(dòng)(地址改變了)，那么只需要改變句柄池的指向就可以了，不需要修改reference對(duì)象內(nèi)的指向，而如果使用直接指針訪問(wèn)，就還需要到局部變量表內(nèi)修改reference指向。
堆內(nèi)存
上面我們提到，在Java對(duì)象頭當(dāng)中的Mark Word存儲(chǔ)了對(duì)象的分代年齡，那么什么是分代年齡呢？
Young區(qū)
現(xiàn)在拆分成了Young區(qū)，那我們看下面一個(gè)場(chǎng)景，下面的Young是經(jīng)過(guò)垃圾回收之后的一個(gè)概圖：假如說(shuō)現(xiàn)在來(lái)了一個(gè)對(duì)象，要占用2個(gè)對(duì)象的大小，會(huì)發(fā)現(xiàn)放不下去了，這時(shí)候就會(huì)觸發(fā)GC(垃圾回收)，但是一旦觸發(fā)了GC(垃圾回收)，對(duì)用戶線程是有影響的，因?yàn)镚C過(guò)程中為了確保對(duì)象引用不會(huì)不斷變化，需要停止所有用戶線程，Sun把這個(gè)事件稱(chēng)之為：Stop the World(STW)。這些在下一篇講解垃圾回收的時(shí)候會(huì)詳細(xì)介紹，這里先不深入。
具體操作是：一個(gè)對(duì)象來(lái)了之后，先分配到Eden區(qū)，Eden區(qū)滿了之后，觸發(fā)GC，經(jīng)過(guò)GC之后，為了防止空間不連續(xù)，把幸存下來(lái)的對(duì)象復(fù)制到Survivor區(qū)，然后Eden區(qū)就可以完整清理掉了，當(dāng)然這么做是有一個(gè)前提的，就是大部分對(duì)象都是生命周期極短的，基本一次垃圾回收就可以把Eden區(qū)大部分對(duì)象回收掉（這個(gè)前提是經(jīng)過(guò)測(cè)試總結(jié)得到的）。
這個(gè)時(shí)候工作流程又變成這樣了：首先還是在Eden區(qū)分配空間，Eden區(qū)滿了之后觸發(fā)GC，GC之后把幸存對(duì)象 復(fù)制到S0區(qū)(S1區(qū)是空的)，然后繼續(xù)在Eden區(qū)分配對(duì)象，再次觸發(fā)GC之后如果發(fā)現(xiàn)S0區(qū)放不下了(產(chǎn)生空間碎片，實(shí)際還有空間)，那么就把S0區(qū)對(duì)象復(fù)制到S1區(qū)，并把幸存對(duì)象也復(fù)制到S1區(qū)，這時(shí)候S0區(qū)是空的了，并依次反復(fù)操作，假如說(shuō)S0區(qū)或者S1區(qū)空間對(duì)象復(fù)制移動(dòng)了之后還是放不下，那就說(shuō)明這時(shí)候是真的滿了，那就去老年區(qū)借點(diǎn)空間過(guò)來(lái)（這就是擔(dān)保機(jī)制，老年代需要提供這種空間分配擔(dān)保），假如說(shuō)老年區(qū)空間也不夠了，那就會(huì)觸發(fā)Full GC，如果還是不夠，那就會(huì)拋出OutOfMemeoyError異常了。
Old區(qū)
當(dāng)Young區(qū)的對(duì)象達(dá)到設(shè)置的分代年齡之后，對(duì)象會(huì)進(jìn)入Old區(qū)，Old區(qū)滿了之后會(huì)觸發(fā)Full GC，如果還是清理不掉空間，那么就拋出OutOfMemeoyError異常。
名詞掃盲
上面提到了很多新的名詞，而實(shí)際上很多這種名詞還有其他叫法，這個(gè)還是覺(jué)得有必要了解一下。
- 垃圾回收：簡(jiǎn)稱(chēng)GC。
- Minor GC：針對(duì)新生代的GC
- Major GC：針對(duì)老年代的GC，一般老年代觸發(fā)GC的同時(shí)也會(huì)觸發(fā)Minor GC，也就等于觸發(fā)了Full GC。
- Full GC：新生代 老年代同時(shí)發(fā)生GC。
- Young區(qū)：新生代
- Old區(qū)：老年代
- Eden區(qū)：暫時(shí)沒(méi)發(fā)現(xiàn)有什么中文翻譯(伊甸園?)
- Surcivor區(qū)：幸存區(qū)
- S0和S1：也稱(chēng)之為from區(qū)和to區(qū)，注意from和to兩個(gè)區(qū)是不斷互換身份的，且S0和S1一定要相等，并且保證一塊區(qū)域是空的
一個(gè)對(duì)象的人生軌跡圖
從上面的介紹大家應(yīng)該有一個(gè)大致的印象，一個(gè)對(duì)象會(huì)在Eden區(qū)，S0區(qū)，S1區(qū)，Old區(qū)不斷流轉(zhuǎn)（當(dāng)然，一開(kāi)始就會(huì)被回收的短命對(duì)象除外），我們可以得到下面的一個(gè)流程圖：
總結(jié)
本文主要介紹了一個(gè)Java對(duì)象在堆內(nèi)是如何存儲(chǔ)的，并結(jié)合Java對(duì)象的內(nèi)存布局示范了一個(gè)普通對(duì)象占用大小問(wèn)題，然后還分析了堆內(nèi)的空間劃分以及劃分原因，本文中涉及到了GC相關(guān)知識(shí)均沒(méi)有深入講解，關(guān)于GC及GC算法和GC收集器等相關(guān)知識(shí)將放在下一篇進(jìn)行詳細(xì)分析。
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