如何计算Java对象所占内存的大小

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转载自 【阿里云云栖号】如何计算Java对象所占内存的大小：https://segmentfault.com/a/1190000015009289

本文以如何计算Java对象占用内存大小为切入点，在讨论计算Java对象占用堆内存大小的方法的基础上，详细讨论了Java对象头格式并结合JDK源码对对象头中的协议字段做了介绍，涉及内存模型、锁原理、分代GC、OOP-Klass模型等内容。最后推荐JDK自带的Hotspot Debug工具——HSDB，来查看对象在内存中的具体存在形式，以论证文中所述内容。

背景

目前我们系统的业务代码中大量使用了LocalCache的方式做本地缓存，而且cache的maxSize通常设的比较大，比如10000。我们的业务系统中就使用了size为10000的15个本地缓存，所以最坏情况下将可缓存15万个对象。这会消耗掉不菲的本地堆内存，而至于实际上到底应该设多大容量的缓存、运行时这大量的本地缓存会给堆内存带来多少压力，实际占用多少内存大小，会不会有较高的缓存穿透风险，目前并不方便知悉。考虑到对缓存实际占用内存的大小能有个更直观和量化的参考，需要对运行时指定对象的内存占用进行评估和计算。

要计算Java对象占用内存的大小，首先需要了解Java对象在内存中的实际存储方式和存储格式。

另一方面，大家都了解Java对象的存储总得来说会占用JVM内存的堆内存、栈内存及方法区，但由于栈内存中存放的数据可以看做是运行时的临时数据，主要表现为本地变量、操作数、对象引用地址等。这些数据会在方法执行结束后立即回收掉，不会驻留。对存储空间空间的占用也只是执行函数指令时所必须的空间。通常不会造成内存的瓶颈。而方法区中存储的则是对象所对应的类信息、函数表、构造函数、静态常量等，这些信息在类加载时(按需)只会在方法区中存储一份，不会产生额外的存储空间。因此本文所要讨论的主要目标是Java对象对堆内存的占用。

内存占用计算方法

如果读者关心对象在JVM中的存储原理，可阅读本文后边几个小节中关于对象存储原理的介绍。如果不关心对象存储原理，而只想直接计算内存占用的话，其实并不难，笔者这里总结了三种方法以供参考：

• 使用java.lang.instrument.Instrumentation.getObjectSize()方法，可以很方便的计算任何一个运行时对象的大小，返回该对象本身及其间接引用的对象在内存中的大小。
• 使用sun.misc.Unsafe类，有一个objectFieldOffset(Field f)方法，表示获取指定字段在所在实例中的起始地址偏移量，如此可以计算出指定的对象中每个字段的偏移量，值为最大的那个就是最后一个字段的首地址，加上该字段的实际大小，就能知道该对象整体的大小。
• 通过OpenJDK官方提供的JOL(Java Object Layout)工具，用来分析JVM中对象布局的工具，它可以帮我们在运行时计算某个对象的大小。
• 使用第三方工具：这里要介绍的是lucene提供的专门用于计算堆内存占用大小的工具类：RamUsageEstimator

Java 对象内存布局

HotSpot JVM 使用名为 oops (Ordinary Object Pointers) 的数据结构来表示对象。这些 oops 等同于本地 C 指针。 instanceOops 是一种特殊的 oop，表示 Java 中的对象实例。

在 Hotspot VM 中，对象在内存中的存储布局分为 3 块区域：

• 对象头（Instance Header）
• 实例数据（Instance Data）
• 对齐填充（Padding）

对象头又包括三部分：MarkWord、元数据指针、数组长度。

• MarkWord：用于存储对象运行时的数据，好比 HashCode、锁状态标志、GC分代年龄等。这部分在 64 位操作系统下占 8 字节，32 位操作系统下占 4 字节。
• 指针：对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪一个类的实例。 这部分就涉及到指针压缩的概念，在开启指针压缩的状况下占 4 字节，未开启状况下占 8 字节。
• 数组长度：这部分只有是数组对象才有，若是是非数组对象就没这部分。这部分占 4 字节。

实例数据就不用说了，用于存储对象中的各类类型的字段信息（包括从父类继承来的）。

关于对齐填充，Java 对象的大小默认是按照 8 字节对齐，也就是说 Java 对象的大小必须是 8 字节的倍数。若是算到最后不够 8 字节的话，那么就会进行对齐填充。

那么为何非要进行 8 字节对齐呢？这样岂不是浪费了空间资源？

其实不然，由于 CPU 进行内存访问时，一次寻址的指针大小是 8 字节，正好也是 L1 缓存行的大小。如果不进行内存对齐，则可能出现跨缓存行的情况，这叫做 缓存行污染。

参考资料

• 高端面试必备：一个Java对象占用多大内存