對象的記憶體結構及占用空間的計算方法

很早就對資料在記憶體中的結構和體積有深入了解的想法。平時寫代碼的過程中，對于這些完全處于一種感性的認識，對于代碼中使用的資料結構和對象，尤其是處理大量資料的時候，總有種把控不住的感覺。 趁周六日有時間的功夫，通過查閱一些有關虛拟機和記憶體對象的資料，和Eclipse檢視源碼，自己琢磨着實實在在計算一下一個對象到底是占用了多少空間，它在記憶體中到底是個什麼樣子的。于是經過了兩天的探索， 總于有了下面這篇文章。 對于文章中涉及到的資料，不同的JDK環境可能會有一些小出入，這包括 JDK的版本，JDK32/64位，JVM參數配置設定的記憶體大小，垃圾回收器的種類。 就本文中的資料，來源于jdk1.7.0_79 64位,WIN7 64位，Eclipse Version: Mars Release (4.5.0)。 每 個對象計算出的占用空間大小都是在自己機器上經過驗證了的，具體的驗證方法會在接來的一篇文章中貼出來。如果對文中的資料有疑問，十分歡迎指正交流，本着小菜鳥不斷學習的态度，希望大家共同進步。

對象=對象頭+成員變量+對齊填充 對象頭結構：java 對象在 Heap 裡面的結構是這樣的：對象頭跟對象體，對象體跟 C 裡面的結構體是一樣的，對象頭由兩個域組成：用于存放 hashcode 、 同步 、 GC的_mask域 ，和指向方法區該對象 Class 對象的指針—— _klass 域，對于 64 位系統，頭部長度理論上講應該是 8+8=16 位元組。但是從java6u23以後開始，64位的機器會自動開啟指針壓縮的功能，此時引用指針的長度為4位元組。是以，對象頭長度應該為8+4=12。 成員變量：分兩類，包括一些基本類型，如int,long.byte,short,boolean等，以及引用類型，如String,Date引用。如果是引用類型，也應該把引用類型指向的對象納入目前對象。 對齊填充：JVM規定，對象的大小必須是8位元組的整數倍，如果不足，則會補齊。

此外，對于數組，還會有一個标示數組長度的字段。其實數組也是一種類，會在後文中介紹。 以此為理論基礎，我們來計算一下常用的對象占用空間大小。

• Integer
• • 類結構圖：可以看到，隻有一個私有的int型資料

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  • 是以Integer長度為：頭(8+4)+ int(4) = 16位元組
• Long
• • 類結構圖

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  • 類似于Integer，隻有一個long型的私有成員。
  • 是以總長度為:頭（8+4）+long（8）+padding（4）=24位元組
• Object
• • 類結構圖

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  • 沒有成員變量，是以占用空間頭（8+4）+padding（4）=16位元組
• String：“string”
• • 類結構圖

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  • 這個結構稍微有點複雜，涉及到了數組成員。其實數組也是一種類型，隻不過這種類型是JVM在運作時生成的類型，并不在class檔案中定義，我們将其當做一種特殊的類就可以了。既然涉及到了成員變量是對象，那麼，我們就要把String分成兩部分來計算：
  • • String類型：頭部（8+4）+int（4）+int（4）+指向char[]對象的引用類型（4）=24位元組
    • char[]類型：數組類型比普通對象多一個标示數組長度的字段，占4個位元組。對于字元串“String”來說，頭部（8+4）+數組長度（4）+“String”（2*6）+padding（4）=32位元組
  • 是以，它的總占用空間為56位元組
• ArrayList
• • 類結構圖

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  • 其實，還有一個 modCount成員，繼承自AbstractList類，那麼對于一個 list = new ArrayList<String>(); list.add("String");的list來說，它擁有兩個int，一個大小為10的數組（當 list.add() 第一個元素的時候，它會初始化elementData為一個長度10的數組）
  • • ArrayList: 頭部（8+4）+int（4）+int（4）+數組引用（4）=24位元組
    • elementData[] : 頭部（8+4）+長度（4）+string引用（4*10）=56位元組
    • "String"字元串:這個我們之前計算過了，為56位元組
  • 是以，總空間大小為24+56+56=136位元組
• HashMap
• • 類結構圖

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  • HashMap内部結構比較複雜，除了一些基本的類型，還有比較複雜一點的集合類型。如table，是一個Entry數組，用來存放鍵值對，所有put進map中key-value都會被封裝成一個entry放入到table中去。而還有一些輔助對象，如entry，繼承自AbstractMap的keySet，values，這些都是在周遊map元素時用到的集合，他們的主要功能是通過在自己内部維護一個疊代器向外輸出table中的資料，并不實際儲存key-value資料。
  • 以  Map<String,String> map = new HashMap<String,String>(); 這時候我們計算一下他的占用空間情況：

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    • 總空間為：48+16=64位元組
    • • hashmap：頭部（8）+int（4*4）+float（4）+table數組引用（4）+entrySet引用（4）+keySet引用（4）+values引用（4）+padding（4）=48位元組
      • table：頭部（8+4）+長度（4）=16位元組
  • 然後我們put進去一條資料：map.put( "100002", "張明"); 
  • • 當HashMap初始化的時候，他會開辟一個長度為16的table數組，每當put一個新的key-value的時候，他會根據目前threshold來判斷是否需要擴容，如果需要擴容，則會以倍數增長的方式擴容table數組。如16、32、64.具體原理請參考 http://blog.csdn.net/zq602316498/article/details/39351363
    • 接下來讓我們計算一下這個map多占用的空間

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      • hashmap：頭部（8）+int（4*4）+float（4）+table數組引用（4）+entrySet引用（4）+keySet引用（4）+values引用（4）+padding（4）=48位元組
      • table: 80+32+16+16+56+48+0= 216位元組
      • • table：頭部（8+4）+長度（4）+entry（4*16）=80位元組
        • entry：頭部（8+4）+k（4）+value（4）+next（4）+int（4）+padding（4）=32位元組

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        • key（String）：56位元組
        • value（String） ：48位元組
        • next ：因為就隻有一個元素，是以next值為null，0位元組
      • entrySet：為空指針，0位元組
      • keySet：空指針，0位元組
      • values：空指針，0位元組
    • 綜上分析，這個map占用48+216+0+0+0=264位元組
  • 然後我們繼續調用 map.keySet() 方法，此時，keySet會被賦予一個類型為 HashMap$KeySet 的對象，這個對象的結構如下：

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    • 可以看到，它并不複雜，隻是用來周遊map key集合的一個工具類，
    • • keySet ： 頭部（8+4）+padding（4）=16位元組
    • 是以，總大小為264+16=280位元組
  • 然後我們繼續調動 map.values()，和上面類似

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    • values : 頭部（8+4）+padding（4）=16位元組
    • 是以，總大小為 280+16=296位元組 
  • 然後我們繼續調用 map.entrySet(),

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    • entrySet：頭部（8+4）+padding（4）=16位元組
    • 是以總大小為 296+16=312位元組

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