对象的内存结构及占用空间的计算方法

很早就对数据在内存中的结构和体积有深入了解的想法。平时写代码的过程中，对于这些完全处于一种感性的认识，对于代码中使用的数据结构和对象，尤其是处理大量数据的时候，总有种把控不住的感觉。 趁周六日有时间的功夫，通过查阅一些有关虚拟机和内存对象的资料，和Eclipse查看源码，自己琢磨着实实在在计算一下一个对象到底是占用了多少空间，它在内存中到底是个什么样子的。于是经过了两天的探索， 总于有了下面这篇文章。 对于文章中涉及到的数据，不同的JDK环境可能会有一些小出入，这包括 JDK的版本，JDK32/64位，JVM参数分配的内存大小，垃圾回收器的种类。 就本文中的数据，来源于jdk1.7.0_79 64位,WIN7 64位，Eclipse Version: Mars Release (4.5.0)。 每 个对象计算出的占用空间大小都是在自己机器上经过验证了的，具体的验证方法会在接来的一篇文章中贴出来。如果对文中的数据有疑问，十分欢迎指正交流，本着小菜鸟不断学习的态度，希望大家共同进步。

对象=对象头+成员变量+对齐填充 对象头结构：java 对象在 Heap 里面的结构是这样的：对象头跟对象体，对象体跟 C 里面的结构体是一样的，对象头由两个域组成：用于存放 hashcode 、 同步 、 GC的_mask域 ，和指向方法区该对象 Class 对象的指针—— _klass 域，对于 64 位系统，头部长度理论上讲应该是 8+8=16 字节。但是从java6u23以后开始，64位的机器会自动开启指针压缩的功能，此时引用指针的长度为4字节。所以，对象头长度应该为8+4=12。 成员变量：分两类，包括一些基本类型，如int,long.byte,short,boolean等，以及引用类型，如String,Date引用。如果是引用类型，也应该把引用类型指向的对象纳入当前对象。 对齐填充：JVM规定，对象的大小必须是8字节的整数倍，如果不足，则会补齐。

此外，对于数组，还会有一个标示数组长度的字段。其实数组也是一种类，会在后文中介绍。 以此为理论基础，我们来计算一下常用的对象占用空间大小。

• Integer
• • 类结构图：可以看到，只有一个私有的int型数据

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  • 所以Integer长度为：头(8+4)+ int(4) = 16字节
• Long
• • 类结构图

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  • 类似于Integer，只有一个long型的私有成员。
  • 所以总长度为:头（8+4）+long（8）+padding（4）=24字节
• Object
• • 类结构图

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  • 没有成员变量，所以占用空间头（8+4）+padding（4）=16字节
• String：“string”
• • 类结构图

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  • 这个结构稍微有点复杂，涉及到了数组成员。其实数组也是一种类型，只不过这种类型是JVM在运行时生成的类型，并不在class文件中定义，我们将其当做一种特殊的类就可以了。既然涉及到了成员变量是对象，那么，我们就要把String分成两部分来计算：
  • • String类型：头部（8+4）+int（4）+int（4）+指向char[]对象的引用类型（4）=24字节
    • char[]类型：数组类型比普通对象多一个标示数组长度的字段，占4个字节。对于字符串“String”来说，头部（8+4）+数组长度（4）+“String”（2*6）+padding（4）=32字节
  • 因此，它的总占用空间为56字节
• ArrayList
• • 类结构图

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  • 其实，还有一个 modCount成员，继承自AbstractList类，那么对于一个 list = new ArrayList<String>(); list.add("String");的list来说，它拥有两个int，一个大小为10的数组（当 list.add() 第一个元素的时候，它会初始化elementData为一个长度10的数组）
  • • ArrayList: 头部（8+4）+int（4）+int（4）+数组引用（4）=24字节
    • elementData[] : 头部（8+4）+长度（4）+string引用（4*10）=56字节
    • "String"字符串:这个我们之前计算过了，为56字节
  • 所以，总空间大小为24+56+56=136字节
• HashMap
• • 类结构图

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  • HashMap内部结构比较复杂，除了一些基本的类型，还有比较复杂一点的集合类型。如table，是一个Entry数组，用来存放键值对，所有put进map中key-value都会被封装成一个entry放入到table中去。而还有一些辅助对象，如entry，继承自AbstractMap的keySet，values，这些都是在遍历map元素时用到的集合，他们的主要功能是通过在自己内部维护一个迭代器向外输出table中的数据，并不实际储存key-value数据。
  • 以  Map<String,String> map = new HashMap<String,String>(); 这时候我们计算一下他的占用空间情况：

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    • 总空间为：48+16=64字节
    • • hashmap：头部（8）+int（4*4）+float（4）+table数组引用（4）+entrySet引用（4）+keySet引用（4）+values引用（4）+padding（4）=48字节
      • table：头部（8+4）+长度（4）=16字节
  • 然后我们put进去一条数据：map.put( "100002", "张明"); 
  • • 当HashMap初始化的时候，他会开辟一个长度为16的table数组，每当put一个新的key-value的时候，他会根据当前threshold来判断是否需要扩容，如果需要扩容，则会以倍数增长的方式扩容table数组。如16、32、64.具体原理请参考 http://blog.csdn.net/zq602316498/article/details/39351363
    • 接下来让我们计算一下这个map多占用的空间

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      • hashmap：头部（8）+int（4*4）+float（4）+table数组引用（4）+entrySet引用（4）+keySet引用（4）+values引用（4）+padding（4）=48字节
      • table: 80+32+16+16+56+48+0= 216字节
      • • table：头部（8+4）+长度（4）+entry（4*16）=80字节
        • entry：头部（8+4）+k（4）+value（4）+next（4）+int（4）+padding（4）=32字节

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        • key（String）：56字节
        • value（String） ：48字节
        • next ：因为就只有一个元素，所以next值为null，0字节
      • entrySet：为空指针，0字节
      • keySet：空指针，0字节
      • values：空指针，0字节
    • 综上分析，这个map占用48+216+0+0+0=264字节
  • 然后我们继续调用 map.keySet() 方法，此时，keySet会被赋予一个类型为 HashMap$KeySet 的对象，这个对象的结构如下：

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    • 可以看到，它并不复杂，只是用来遍历map key集合的一个工具类，
    • • keySet ： 头部（8+4）+padding（4）=16字节
    • 所以，总大小为264+16=280字节
  • 然后我们继续调动 map.values()，和上面类似

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    • values : 头部（8+4）+padding（4）=16字节
    • 所以，总大小为 280+16=296字节 
  • 然后我们继续调用 map.entrySet(),

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    • entrySet：头部（8+4）+padding（4）=16字节
    • 所以总大小为 296+16=312字节

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