面试官再问new Object在内存中占多少字节，你得这么答...

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如何知道一个对象在内存中的大小呢？C语言有个叫sizeOf的东西，很方便就能知道对象大小。但是Java没有这样的东西啊，不慌，Java本身有一个Agent技术。

Java Agent技术

Agent是个是个什么机制呢？

jvm虚拟机，要load一个class到内存，在load内存的过程中可以加一个Agent代理，这个代理可以截获这些class文件（001 010等二进制码），并可以对他做任意修改，当然也就可以读取到整个Object的大小。

可以参考这篇文章了解更多Java 动态调试技术原理及实践

制作一个探测Object大小的Agent

新建一个项目ObjectSizeAgent，并制作成jar包。

1. 写一个agent类，格式一般比较固定

public class ObjectSizeAgent {

    //Java内部字节码处理调试用的是Instrumentation
    //所以在使用代理装到我们jvm的时候可以截获这个Instrumentation
    private static Instrumentation inst;

    /**
     * 必须要有premain函数
     * 参数固定
     * 第二个参数就是Instrumentation，这个是虚拟机调用的，会自动帮我们初始化Instrumentation
     * 在这里通过给自己定义的成员变量赋值，赋完值就能拿到Instrumentation
     * @param agentArgs
     * @param _inst
     */
    public static void premain (String agentArgs, Instrumentation _inst) {
        inst = _inst;
    }

    /**
     * 在premain里拿到Instrumentation后，可以调用getObjectSize获取对象大小
     * @param o
     * @return
     */
    public static long sizeOf (Object o) {
        return inst.getObjectSize(o);
    }
}

2. 制作jar包

不同的IDE工具打jar的方式不同。

我在IDEA 2020.2中打jar的过程如下：

File->Project Structure

选择Artifacts

输入jar名称，创建ManiFest，存放在src目录下

创建完成后，目录如下：

文件MANIFEST.MF的内容：

Manifest-Version: 1.0
Premain-Class: pers.xblzer.tryout.agent.ObjectSizeAgent

最后，打成jar包：

使用Agent探测Object大小

在实验项目中导入制作好的jar包，maven导入或是普通jar包导入都可以。

PS：我还是写一下制作成本地maven jar包的流程吧。

1. 将制作的jar包拷贝到一个地方，D:\works\3rd_jar，没别的，就是为了方便
2. 打包

mvn install:install-file -DgroupId=pers.xblzer.tryout -DartifactId=ObjectSizeAgent -Dversion=1.0 -Dpackaging=jar -Dfile=D:\works\3rd_jar\ObjectSizeAgent.jar -DgeneratePom=true -DcreateChecksum=true -Dmaven.wagon.http.ssl.insecure=true -Dmaven.wagon.http.ssl.allowall=true

3. 其他项目引用：

<dependency>
    <groupId>pers.xblzer.tryout</groupId>
    <artifactId>ObjectSizeAgent</artifactId>
    <version>1.0</version>
</dependency>

实验代码：

public class TestObjectSize {

    public static void main(String[] args) {
//        // 配置 XX:+UseCompressedClassPointer XX:+UseCompressedOops
        // 16字节 = markword 8 + classpointer 4 + padding 4
        System.out.println("new Object size:" + ObjectSizeAgent.sizeOf(new Object()));
        // 16字节 = markword 8 + classpointer 4 + 数组长度 4 + padding 0（前面已经是8的倍数了）
        System.out.println("new array size:" + ObjectSizeAgent.sizeOf(new int[]{}));
        // 32 （最终必须满足8的倍数）
        System.out.println("new a common class size:" + ObjectSizeAgent.sizeOf(new P()));

        // 配置 XX:-UseCompressedClassPointer XX:+UseCompressedOops
        // 16字节 = markword 8 + classpointer 8 + padding 0
//        System.out.println("new Object size:" + ObjectSizeAgent.sizeOf(new Object()));
//        // 24字节 = markword 8 + classpointer 8 + 数组长度 4 + padding 4（补齐至8的倍数）
//        System.out.println("new array size:" + ObjectSizeAgent.sizeOf(new int[]{}));
//        // 40 （最终必须满足8的倍数）
//        System.out.println("new a common class size:" + ObjectSizeAgent.sizeOf(new P()));
    }

    private static class P {
        // markword 8
        // ClassPinter 4 (-UseCompressedClassPointer时 为8；+UseCompressedClassPointer时 为4)

        // 4
        int id;
        // Oops 4
        String name;// 这是一个引用 +UseCompressedOops时 为8  -UseCompressedOops时 为4
        // 1
        byte b1;
        // 1
        byte b2;
        //Oops 4
        Object o;
        // 8
        long i;
    }
}

运行时添加我们制作的agent：运行时添加运行参数

-javaagent:D:\works\3rd_jar\ObjectSizeAgent.jar

先运行一下看结果，运行环境jdk 1.8，jvm参数是默认：

从运行结果看

new Object()占用16字节；

new int[]{}占用16字节；

new P()自己定义的里面含有各种数据类型属性的类占用40字节。

结果出来了，我们来分析一下，他们为什么占用那么多字节。

对象在内存中的布局

作为对象的内存布局来讲分为两种，一种是普通对象，一种是数组对象。

普通对象内存各部分字节占用分配情况：

1. 对象头，在Hotspot里面称为markword，它的长度是8byte
2. ClassPointer指针（比如Object.class）

• -XX:+UseCompressedClassPointers的情况为4byte，默认
• -XX:-UseCompressedClassPointers的情况为8byte

3. 实例数据

其中引用类型字节占用情况：

• -XX:+UseCompressedOops 4byte，默认
• -XX:-UseCompressedOops 8byte

非引用类型字节占用情况:

Hotspot实现的JVM开启内存压缩的规则（64位机器）：

• 4G以下，直接砍掉高32位
• 4G~32G，默认开启内存压缩
• 32G以上，压缩无效，使用64位

所以，内存并不是越大越好。

4. Padding对齐

这个对齐，对齐的是8的倍数。最为64位机器来说，它是按照块来读的，不是按照字节来读，每一块存的都是8的倍数个字节，因此它有一个对齐机制。

数组对象内存各部分字节占用分配情况：

1. 对象头 markword 8字节
2. ClassPointer指针，同普通对象，压缩4字节，不压缩8字节
3. 数组长度 4字节
4. 数组数据
5. 对齐 8的倍数

计算new Object()占用的字节数

基于上面的分析，我们来验证一下前面写的程序计算结果：

对于new Object()

• 首先，markword占8字节
• ClassPointer：我的机器内存是8G，JVM默认是开启了内存压缩规则的，所以这里ClassPointer会占用4字节
• 实例数据：我只是new了一个Object()，没有任何的引用类型和费用用类型，这部分没有占用字节
• Padding对齐：前面8+4+0=12字节，因为要满足8的倍数，所以这里需要补齐至16字节

所以，new Object()占用16字节。

对于new int[]{}

• markword: 8字节
• ClassPointer：4字节
• 数组长度：4字节
• 数组数据：0字节
• Padding对齐：前面8+4+4+0=16，已经是8的倍数了，这里不需要对齐

因此，new int[]{}占用16字节。

对于我自己定义的new P()

private static class P {
    // markword 8
    // ClassPinter 4 (-UseCompressedClassPointer时 为8；+UseCompressedClassPointer时 为4)

    // 4
    int id;
    // Oops 4
    String name;// 这是一个引用 +UseCompressedOops时 为8  -UseCompressedOops时 为4
    // 1
    byte b1;
    // 1
    byte b2;
    //Oops 4
    Object o;
    // 8
    long i;
}

• markword 8字节
• ClassPointer 4字节
• 实例数据：
• int 4字节
• String 引用类型 4字节
• 两个byte 1*2=2字节
• Object o 引用类型 4字节
• long 8字节
• Padding对齐：先算一下是否满足8的倍数 8+4+4+4+2+4+8=34，需要补齐至8的倍数，补至40

因此，本例中new P()占用40字节。

大家可以根据jvm参数来调试这个程序，会得到不同的结果。主要是下面两个参数：

-XX:(+/-)UseCompressedClassPointers
-XX:(+/-))UseCompressedOops

Over。以上。

首发公众号 行百里er ，欢迎老铁们关注阅读指正。代码仓库 GitHub github.com/xblzer/JavaJourney