一道阿里面試難題：如何計算JAVA物件大小？

程式設計師子牙發表於2021-12-25
阿里面試Java物件
在做JVM記憶體調優的時候，我們免不了需要去計算物件的大小。計算物件大小又要考慮是普通物件還是陣列物件，因為普通物件與陣列物件的物件頭存在些許差異。而且自JDK6以後，為了節省記憶體、提高執行效率，又引入了新的技術：指標壓縮。更加劇了計算物件大小的難度。

這篇文章就來深入分析如何計算物件大小，確保計算的結果與實際情況不差一個位元組。

物件結構

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物件結構想必深入學習過JVM的人都知道，它分為三大部分：物件頭、例項資料、對齊填充。其中物件頭又分為三個部分：Mark Word、型別指標、陣列長度。其實物件頭還有第四部分，這是目前你看到的書、視訊都沒有提到的，物件頭也有對齊填充部分，這個部分也不是一定會有，只有陣列物件在未開啟指標壓縮的情況下才會出現。是不是一臉懵，那就繼續往後看。

指標壓縮

看到這四個字是不是一堆的問號：這是什麼？這怎麼實現的？為什麼說它節省了記憶體？……我們們就來搞清楚這些個問題。

我們們先達成觀念上的一致：所有的物件都是以8位元組對齊的。現在我有3個物件：test1（16位元組）、test2（32位元組）、test3（24位元組），為了便於說明，假如這三個物件中間沒有其他物件，那他們的記憶體地址是：

test1 = 0x0000 0 000（0位元組 ~ 16位元組） 
test2 = 0x0001 0 000（16位元組 ~ 48位元組） 
test3 = 0x0011 0 000（48位元組 ~ 72位元組）

大家發現規律了嗎，所有物件指標的後三位都是0，這就是指標壓縮的實現原理。開啟指標壓縮後，JVM會將物件指標的後三位給截去，如果test2 = 0x10000，在開啟指標後就變成了test2=0x10，在使用的時候將後三位的0補回去，即test2=0x10 000。

因為開啟了指標壓縮後，物件指標就變成了4位元組（32位），加上補3位，共35位。即開啟指標壓縮後一個物件指標能表示的最大堆空間是2的35次方，即32G。

那讀者可以想一想？如果我想擴充一個oop能表示的堆空間大小該怎麼做呢？

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下面我們們來看四種情況（普通物件-關閉指標壓縮、普通物件-開啟指標壓縮、陣列物件-關閉指標壓縮、陣列物件-開啟指標壓縮）下的物件大小是如何計算出來的。建議讀者寫相似程式碼測試一下，這樣才能理解得更深刻。

測試程式碼：

package com.qimingnan.adjust;

import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;

public class Test1 {
    int a = 10;
    int b = 20;

    static int[] arr = {0, 1, 2};

    public static void main(String[] args) {
        Test1 test1 = new Test1();

        System.out.printf(ClassLayout.parseInstance(test1).toPrintable());
        System.out.printf(ClassLayout.parseInstance(arr).toPrintable());
    }
}

普通物件

一、未開啟指標壓縮

24B = 8B（Mark Word）+ 8B（KClass Pointer）+ 4B + 4B

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二、開啟指標壓縮

24B = 8B（Mark Word）+ 4B（KClass Pointer）+ 4B（int a）+ 4B（int b）+ 4B（Padding）

image.png

陣列物件

一、未開啟指標壓縮

40B = 8B（Mark Word）+ 8B（KClass Pointer）+ 4B（陣列長度）+ 4B（頭部Padding）+ 12B（3個int）+ 4B（物件Padding）

image.png

二、開啟指標壓縮

32B = 8B（Mark Word）+ 4B（KClass Pointer）+ 4B（陣列長度）+ 12B（3個int）+ 4B（物件Padding）

image.png

如何計算物件大小大家學會了嗎？

介紹一款工具，jol，大家在做測試的時候可以藉助這個工具

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.10</version>
</dependency>

這篇文章有些地方可能不太好理解，讀者有問題的話，留言提問吧。我都會一一回復。

後續我將為大家新開《手寫JVM》的系列專欄，如果你對此感興趣的話，那麼就關注我吧。

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