实验查看 Java 对象布局

程序员文章站 2022-03-30 10:13:22

前言我们知道，Java 对象由对象头、实例数据、对象补齐三部分组成，其布局如下图所示：Java 对象布局图下面通过实验的方式查看 Java 对象的布局。环境准备本次实验在 Debian 64 位操作系统中进行，使用 JDK 版本如下：shaw@shaw-pc:~$ java -versionjava version "1.8.0_211"Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_211-b12)Java HotSpot(TM) 64-Bit...

前言

我们知道，对于普通的 Java 对象（非数组、非列表、非集合、非 Map 等对象），其内存布局由对象头、实例数据、对象补齐三部分组成，其布局如下图所示：
实验查看 Java 对象布局

其中，对象头由 MarkWork 及 ClassPointer 组成。

MarkWork 用于存放 hashCode、GC 信息和锁信息，在 64 位 JVM 中占用 8 个字节（无论是否开启压缩）；

ClassPointer 用于存放对象类型，在 64 位 JVM 中，不开启类型指针压缩占用 8 个字节，开启类型指针压缩后占用 4 个字节，默认开启类型指针压缩（-XX:+UseCompressedClassPointers）；

下面通过实验的方式查看 Java 对象的布局。

环境准备

本次实验在 Debian 64 位操作系统中进行，使用 JDK 版本如下：

shaw@shaw-pc:~$ java -version
java version "1.8.0_211"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_211-b12)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.211-b12, mixed mode)

项目需要使用 JOL 工具，JOL 工具全称 Java Object Layout，用于分析 JVM 中的对象布局；

代码准备

引入 Maven 依赖

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.9</version>
</dependency>

UserInfo.java

package com.shawearn.jvm.object.layout.model;

/**
 * 用户信息；
 */
public class UserInfo {
    private Integer userId;
    private String name;

    // 此处省略对应 get/set 方法；
}

Main.java

package com.shawearn.jvm.object.layout;

import com.shawearn.jvm.object.layout.model.UserInfo;
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Object object = new Object();
        System.out.println("========== Object ==========");
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
        System.out.println("========== Object ==========");

        UserInfo userInfo = new UserInfo();
        System.out.println("========== userInfo ==========");
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(userInfo).toPrintable());
        System.out.println("========== userInfo ==========");
    }
}

将上面代码打包成 jar 包，包文件命名：object-layout.jar

测试

1. 开启指针压缩（默认开启）

64 位的 JDK 默认会开启类指针压缩和对象指针压缩；

运行命令

# 运行 object-layout.jar 文件；
# 其中 -XX:+PrintCommandLineFlags 表示输出 JVM 采用的自动优化参数，此参数只是方便用户查看，运行时可不带此参数；
java -XX:+PrintCommandLineFlags -jar object-layout.jar

运行结果

-XX:InitialHeapSize=32652736 -XX:MaxHeapSize=522443776 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseParallelGC 
========== Object ==========
java.lang.Object object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4        (object header)                           09 00 00 00 (00001001 00000000 00000000 00000000) (9)
      4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4        (object header)                           e5 01 00 20 (11100101 00000001 00000000 00100000) (536871397)
     12     4        (loss due to the next object alignment)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

========== Object ==========
========== userInfo ==========
com.shawearn.jvm.object.layout.model.UserInfo object internals:
 OFFSET  SIZE                TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4                     (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
      4     4                     (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4                     (object header)                           f5 02 01 20 (11110101 00000010 00000001 00100000) (536937205)
     12     4   java.lang.Integer UserInfo.userId                           null
     16     4    java.lang.String UserInfo.name                             null
     20     4                     (loss due to the next object alignment)
Instance size: 24 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

========== userInfo ==========

说明

从上面的执行结果可以看到 JVM 的自动优化参数包含了如下两个：

-XX:+UseCompressedClassPointers 表示开启类指针压缩；

-XX:+UseCompressedOops 表示开启对象指针压缩；

可以看到 Object 与 UserInfo 两个类对象大小分别为 16 bytes 和 24 bytes。

接下分析开启压缩时 Object 与 UserInfo 两个类对象的内存信息。

Object

从上面的运行结果可知：

object 对象头（object header）占用 4 + 4 + 4 =12 个字节；
object 没有实例变量，所以实例数据占用 0 字节；
由于 12 + 0 = 12，无法被 8 整除，所以对象补齐 4 字节（loss due to the next object alignment）。

因此整个 object 对象内存占用 12 + 0 + 4 = 16 字节；

UserInfo

由运行结果可知：

userInfo 对象头（object header）占用 4 + 4 + 4 =12 个字节；
成员变量（java.lang.Integer UserInfo.userId）占用 4 个字节；
成员变量（java.lang.String UserInfo.name）占用 4 个字节；
由于 12 + 4 + 4 = 20 无法被 8 整除，所以对象补齐 4 字节（loss due to the next object alignment）。

因此整个 userInfo 对象内存占用 12 + 4 + 4 + 4 = 24 字节；

2. 关闭指针压缩

使用 -XX:-UseCompressedClassPointers 与 -XX:-UseCompressedOops 两个参数分别关闭类指针压缩及对象指针压缩；

运行命令

# 运行 object-layout.jar 文件；
# 其中 -XX:+PrintCommandLineFlags 表示输出 JVM 采用的自动优化参数，此参数只是方便用户查看，运行时可不带此参数；
# -XX:-UseCompressedClassPointers 关闭类指针压缩；
# -XX:-UseCompressedOops 关闭对象指针压缩；
java -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:-UseCompressedClassPointers -XX:-UseCompressedOops -jar object-layout.jar

运行结果

-XX:InitialHeapSize=32652736 -XX:MaxHeapSize=522443776 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:-UseCompressedClassPointers -XX:-UseCompressedOops -XX:+UseParallelGC 
========== Object ==========
java.lang.Object object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4        (object header)                           09 00 00 00 (00001001 00000000 00000000 00000000) (9)
      4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4        (object header)                           00 1c 46 48 (00000000 00011100 01000110 01001000) (1212554240)
     12     4        (object header)                           83 7f 00 00 (10000011 01111111 00000000 00000000) (32643)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total

========== Object ==========
========== userInfo ==========
com.shawearn.jvm.object.layout.model.UserInfo object internals:
 OFFSET  SIZE                TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4                     (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
      4     4                     (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4                     (object header)                           90 21 c1 48 (10010000 00100001 11000001 01001000) (1220616592)
     12     4                     (object header)                           83 7f 00 00 (10000011 01111111 00000000 00000000) (32643)
     16     8   java.lang.Integer UserInfo.userId                           null
     24     8    java.lang.String UserInfo.name                             null
Instance size: 32 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total

========== userInfo ==========

说明

从上面的执行结果可以看到已经关闭类指针压缩和对象指针压缩；

可以看到 Object 与 UserInfo 两个类对象大小分别为 16 bytes 和 32 bytes。

乍眼一看，压缩前后 Object 对象的内存占用都是 16 字节，似乎没什么区别。其实不然，接下分析开启压缩时 Object 与 UserInfo 两个类对象的内存信息。

Object

由运行结果可知：

object 对象头（object header）占用 4 + 4 + 4 + 4 =16 个字节；
object 没有实例变量，所以实例数据占用 0 字节；
由于 16 + 0 = 16，可以被 8 整除，所以无需对象补齐。

因此整个 object 对象内存占用 16 + 0 = 16 字节；

UserInfo

由运行结果可知：

userInfo 对象头（object header）占用 4 + 4 + 4 + 4 =16 个字节；
成员变量（java.lang.Integer UserInfo.userId）占用 8 个字节；
成员变量（java.lang.String UserInfo.name）占用 8 个字节；
由于 16 + 8 + 8 = 32，可以被 8 整除，所以无需对象补齐。

因此整个 userInfo 对象内存占用 16 + 8 + 8 = 32 字节；

本文地址：https://blog.csdn.net/shawearn1027/article/details/107160537

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前言

环境准备

代码准备

测试

1. 开启指针压缩（默认开启）

运行命令

运行结果

说明

2. 关闭指针压缩

运行命令

运行结果

说明

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