java中的new Object()到底占幾個(gè)字節(jié)

前言

Java虛擬機(jī)棧是線程私有的，沒有數(shù)據(jù)安全問題，而堆相比較于Java虛擬機(jī)棧而言更為復(fù)雜。

因?yàn)槎咽撬芯€程共享的一塊內(nèi)存空間，會(huì)出現(xiàn)線程安全性問題，而垃圾回收也主要是回收堆內(nèi)空間。

所以堆內(nèi)的布局我們非常有必要深入去了解一下?，F(xiàn)在就讓我們繼續(xù)來分析一下堆內(nèi)布局以及Java對(duì)象在內(nèi)存中的布局把。

對(duì)象的指向

先來看一段代碼：

package com.zwx.jvm;

public class HeapMemory {
    private Object obj1 = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        Object obj2 = new Object();
    }
}

上面的代碼中，obj1 和obj2在內(nèi)存中有什么區(qū)別？

方法區(qū)存儲(chǔ)每個(gè)類的結(jié)構(gòu)，比如：運(yùn)行時(shí)常量池、屬性和方法數(shù)據(jù)，以及方法和構(gòu)造函數(shù)等數(shù)據(jù)。

所以我們這個(gè)obj1是存在方法區(qū)的，而new會(huì)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象實(shí)例，對(duì)象實(shí)例是存儲(chǔ)在堆內(nèi)的，于是就有了下面這幅圖(方法區(qū)指向堆)：

而obj2 是屬于方法內(nèi)的局部變量，存儲(chǔ)在Java虛擬機(jī)棧內(nèi)的棧幀中的局部變量表內(nèi)，這就是經(jīng)典的棧指向堆：

這里我們?cè)賮硭伎家幌?，我們一個(gè)變量指向了堆，而堆內(nèi)只是存儲(chǔ)了一個(gè)實(shí)例對(duì)象，那么堆內(nèi)的示例對(duì)象是如何知道自己屬于哪個(gè)Class。

也就是說這個(gè)實(shí)例是如何知道自己所對(duì)應(yīng)的類元信息的呢？這就涉及到了一個(gè)Java對(duì)象在內(nèi)存中是如何布局的。

Java內(nèi)存模型

對(duì)象內(nèi)存中可以分為三塊區(qū)域：

• 對(duì)象頭(Header)

• 實(shí)例數(shù)據(jù)(Instance Data)

• 對(duì)齊填充(Padding)

以64位操作系統(tǒng)為例(未開啟指針壓縮的情況)， Java對(duì)象布局如下圖所示：

上圖中的對(duì)齊填充不是一定有的，如果對(duì)象頭和實(shí)例數(shù)據(jù)加起來剛好是8字節(jié)的倍數(shù)，那么就不需要對(duì)齊填充。

知道了Java內(nèi)存布局，那么我們來看一個(gè)面試問題

Object obj=new Object()占用字節(jié)

這是網(wǎng)上很多人都會(huì)提到的一個(gè)問題，那么結(jié)合上面的Java內(nèi)存布局，我們來分析下，以64位操作系統(tǒng)為例，new Object()占用大小分為兩種情況：

• 未開啟指針壓縮

  占用大小為：8(Mark Word)+8(Class Pointer)=16字節(jié)

• 開啟了指針壓縮(默認(rèn)是開啟的)

  開啟指針壓縮后，Class Pointer會(huì)被壓縮為4字節(jié)，最終大小為：

  8(Mark Word) + 4(Class Pointer) + 4(對(duì)齊填充) = 16字節(jié)

結(jié)果到底是不是這個(gè)呢？我們來驗(yàn)證一下。
首先引入一個(gè)pom依賴：

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

然后新建一個(gè)簡單的demo：

package com.zwx.jvm;

import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;

public class HeapMemory {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Object();
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
    }
}

輸出結(jié)果如下：

最后的結(jié)果是16字節(jié)，沒有問題，這是因?yàn)槟J(rèn)開啟了指針壓縮，那我們現(xiàn)在把指針壓縮關(guān)閉之后再去試試。

-XX:+UseCompressedOops  開啟指針壓縮
-XX:-UseCompressedOops  關(guān)閉指針壓縮

再次運(yùn)行，得到如下結(jié)果：

可以看到，這時(shí)候已經(jīng)沒有了對(duì)齊填充部分了，但是占用大小還是16位。

下面我們?cè)賮硌菔疽幌氯绻粋€(gè)對(duì)象中帶有屬性之后的大小。

新建一個(gè)類，內(nèi)部只有一個(gè)byte屬性：

package com.zwx.jvm;

public class MyItem {
    byte i = 0;
}

然后分別在開啟指針壓縮和關(guān)閉指針壓縮的場(chǎng)景下分別輸出這個(gè)類的大小。

package com.zwx.jvm;

import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;

public class HeapMemory {
    public static void main(String[] args) {
        MyItem myItem = new MyItem();
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(myItem).toPrintable());
    }
}

開啟指針壓縮，占用16字節(jié)：

關(guān)閉指針壓縮，占用24字節(jié)：

這個(gè)時(shí)候就能看出來開啟了指針壓縮的優(yōu)勢(shì)了，如果不斷創(chuàng)建大量對(duì)象，指針壓縮對(duì)性能還是有一定優(yōu)化的。

對(duì)象的訪問

創(chuàng)建好一個(gè)對(duì)象之后，當(dāng)然需要去訪問它，那么當(dāng)我們需要訪問一個(gè)對(duì)象的時(shí)候，是如何定位到對(duì)象的呢？

目前最主流的訪問對(duì)象方式有兩種：

• 句柄訪問

• 直接指針訪問。

句柄訪問

使用句柄訪問的話，Java虛擬機(jī)會(huì)在堆內(nèi)劃分出一塊內(nèi)存來存儲(chǔ)句柄池，那么對(duì)象當(dāng)中存儲(chǔ)的就是句柄地址，然后句柄池中才會(huì)存儲(chǔ)對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)和對(duì)象類型數(shù)據(jù)地址。

直接指針訪問(Hot Spot虛擬機(jī)采用的方式)

直接指針訪問的話對(duì)象中就會(huì)直接存儲(chǔ)對(duì)象類型數(shù)據(jù)。

句柄訪問和直接指針訪問對(duì)比

上面圖形中我們很容易對(duì)比，就是如果使用句柄訪問的時(shí)候，會(huì)多了一次指針定位。

但是他也有一個(gè)好處就是，假如一個(gè)對(duì)象被移動(dòng)(地址改變了)，那么只需要改變句柄池的指向就可以了，不需要修改reference對(duì)象內(nèi)的指向。

而如果使用直接指針訪問，就還需要到局部變量表內(nèi)修改reference指向。

堆內(nèi)存

上面我們提到，在Java對(duì)象頭當(dāng)中的Mark Word存儲(chǔ)了對(duì)象的分代年齡，那么什么是分代年齡呢？

一個(gè)對(duì)象的分代年齡可以理解為垃圾回收次數(shù)，當(dāng)一個(gè)對(duì)象經(jīng)過一次垃圾回收之后還存在，那么分代年齡就會(huì)加1。

在64位的虛擬機(jī)中，分代年齡占了4位，最大值為15。分代年齡默認(rèn)為0000，隨著垃圾回收次數(shù)，會(huì)逐漸遞增。

Java堆內(nèi)存中按照分代年齡來劃分，分為Young區(qū)和Old區(qū)，對(duì)象分配首先會(huì)到Y(jié)oung區(qū)。

達(dá)到一定分代年齡(-XX:MaxTenuringThreshold可以設(shè)置大小，默認(rèn)為15)就會(huì)進(jìn)入Old區(qū)(注意：如果一個(gè)對(duì)象太大，那么就會(huì)直接進(jìn)入Old區(qū))。

之所以會(huì)這么劃分是因?yàn)槿绻麄€(gè)堆只有一個(gè)區(qū)的話，那么垃圾回收的時(shí)候每次都需要把堆內(nèi)所有對(duì)象都掃描一遍，浪費(fèi)性能。

而其實(shí)大部分Java對(duì)象的生命周期都是很短的，一旦一個(gè)對(duì)象回收很多次都回收不掉，可以認(rèn)為下一次垃圾回收的時(shí)候可能也回收不掉。

所以Young區(qū)和Old區(qū)的垃圾回收可以分開進(jìn)行，只有當(dāng)Young區(qū)在進(jìn)行垃圾回收之后還是沒有騰出空間，那么再去觸發(fā)Old區(qū)的垃圾回收。

Young區(qū)

現(xiàn)在拆分成了Young區(qū)，那我們看下面一個(gè)場(chǎng)景，下面的Young是經(jīng)過垃圾回收之后的一個(gè)概圖：

假如說現(xiàn)在來了一個(gè)對(duì)象，要占用2個(gè)對(duì)象的大小，會(huì)發(fā)現(xiàn)放不下去了，這時(shí)候就會(huì)觸發(fā)GC(垃圾回收)。

但是一旦觸發(fā)了GC(垃圾回收)，對(duì)用戶線程是有影響的，因?yàn)镚C過程中為了確保對(duì)象引用不會(huì)不斷變化，需要停止所有用戶線程。

Sun把這個(gè)事件稱之為：Stop the World(STW)。

所以說一般是越少GC越好，而實(shí)際上上圖中可以看到至少還可以放入3個(gè)對(duì)象，只要按照對(duì)象都按照順序放好，那么是可以放得下的。

所以這就產(chǎn)生了問題了，明明有空間，但是因?yàn)榭臻g不連續(xù)，導(dǎo)致對(duì)象申請(qǐng)內(nèi)存失敗，導(dǎo)致觸發(fā)GC了，那么如何解決這種問題呢？

解決的思路就是把Young區(qū)的對(duì)象按順序放好，所以就產(chǎn)生了一個(gè)方法，把Young區(qū)再次劃分一下，分為2個(gè)區(qū)：Eden區(qū)和Survivor區(qū)。

具體操作是： 一個(gè)對(duì)象來了之后，先分配到Eden區(qū)，Eden區(qū)滿了之后，觸發(fā)GC。

經(jīng)過GC之后，為了防止空間不連續(xù)，把幸存下來的對(duì)象復(fù)制到Survivor區(qū)，然后Eden區(qū)就可以完整清理掉了。

當(dāng)然這么做是有一個(gè)前提的，就是大部分對(duì)象都是生命周期極短的，基本一次垃圾回收就可以把Eden區(qū)大部分對(duì)象回收掉（這個(gè)前提是經(jīng)過測(cè)試總結(jié)得到的）。

觸發(fā)GC的時(shí)候Survivor區(qū)也會(huì)一起回收，并不是說單獨(dú)只觸發(fā)Eden區(qū)。

但是這樣問題又來了，Eden區(qū)是保證空間基本連續(xù)了，但是Survivor區(qū)又可能產(chǎn)生空間碎片，導(dǎo)致不連續(xù)了。

所以就又把Survivor區(qū)給一分為二了。

這個(gè)時(shí)候工作流程又變成這樣了：

首先還是在Eden區(qū)分配空間，Eden區(qū)滿了之后觸發(fā)GC，GC之后把幸存對(duì)象 復(fù)制到S0區(qū)(S1區(qū)是空的)，然后繼續(xù)在Eden區(qū)分配對(duì)象。

再次觸發(fā)GC之后如果發(fā)現(xiàn)S0區(qū)放不下了(產(chǎn)生空間碎片，實(shí)際還有空間)，那么就把S0區(qū)對(duì)象復(fù)制到S1區(qū)，并把幸存對(duì)象也復(fù)制到S1區(qū)，這時(shí)候S0區(qū)是空的了，并依次反復(fù)操作。

假如說S0區(qū)或者S1區(qū)空間對(duì)象復(fù)制移動(dòng)了之后還是放不下，那就說明這時(shí)候是真的滿了，那就去老年區(qū)借點(diǎn)空間過來（這就是擔(dān)保機(jī)制，老年代需要提供這種空間分配擔(dān)保）。

假如說老年區(qū)空間也不夠了，那就會(huì)觸發(fā)Full GC，如果還是不夠，那就會(huì)拋出OutOfMemeoyError異常了。

注意： 為了確保S0和S1兩個(gè)區(qū)域之間每次復(fù)制都能順利進(jìn)行，S0和S1兩個(gè)區(qū)的大小必須要保持一致，而且同一時(shí)間有一個(gè)區(qū)域一定是空的。

雖然說這種做法是會(huì)導(dǎo)致了一小部分空間的浪費(fèi)，但是綜合其他性能的提升來說，是值得的。

Old區(qū)

當(dāng)Young區(qū)的對(duì)象達(dá)到設(shè)置的分代年齡之后，對(duì)象會(huì)進(jìn)入Old區(qū)，Old區(qū)滿了之后會(huì)觸發(fā)Full GC，如果還是清理不掉空間，那么就拋出OutOfMemeoyError異常。

名詞掃盲

上面提到了很多新的名詞，而實(shí)際上很多這種名詞還有其他叫法，這個(gè)還是覺得有必要了解一下。

• 垃圾回收：簡稱GC。

• Minor GC：針對(duì)新生代的GC

• Major GC：針對(duì)老年代的GC，一般老年代觸發(fā)GC的同時(shí)也會(huì)觸發(fā)Minor GC，也就等于觸發(fā)了Full GC。

• Full GC：新生代+老年代同時(shí)發(fā)生GC。

• Young區(qū)：新生代

• Old區(qū)：老年代

• Eden區(qū)：暫時(shí)沒發(fā)現(xiàn)有什么中文翻譯(伊甸園?)

• Surcivor區(qū)：幸存區(qū)

• S0和S1：也稱之為from區(qū)和to區(qū)，注意from和to兩個(gè)區(qū)是不斷互換身份的，且S0和S1一定要相等，并且保證一塊區(qū)域是空的

一個(gè)對(duì)象的人生軌跡圖

從上面的介紹大家應(yīng)該有一個(gè)大致的印象，一個(gè)對(duì)象會(huì)在Eden區(qū)，S0區(qū)，S1區(qū)，Old區(qū)不斷流轉(zhuǎn)（當(dāng)然，一開始就會(huì)被回收的短命對(duì)象除外）。

我們可以得到下面的一個(gè)流程圖：