面试:一个Java对象到底有多大?

编写Java代码的时候,大多数情况下,我们很少关注一个Java对象究竟有多大(占据多少内存),更多的是关注业务与逻辑。但是殊不知,在我们不经意间,大量的内存被无形地浪费了。
 
这也是一个很基础的 java 面试考点

一个Java对象到底有多大?

想要精确计算一个Java对象占用的内存,首先要了解Java对象的结构表示。

Java对象结构

一个Java对象在Heap的表示,可以分为三部分:
  • Object Header
  • Class Pointer
  • Fields
每个普通Java对象在堆(heap)中都有一个头信息(object header),头信息是必不可少的,记录着对象的状态。
32位与64位占用空间不同,在32位中:
  1. hash(25)+age(4)+lock(3)=32bit
64位中:
  1. unused(25+1)+hash(31)+age(4)+lock(3)=64bit
我们知道,在Java中,一切皆对象;每个类都有一个父类, ClassPointer就是当前对象父类的一个指针,在32位系统中,这个指针为4byte;在64位系统中,如果开启指针压缩(-XX:+UseCompressedOops)或者JVM堆的最大值小于32G,这个指针也是4byte,否则是8byte。
关于字段(Fields),这里指的是类的实例字段;也就是说不包括静态字段,因为这个字段是共享内存的,只会存在一份。
下面以32位系统为例子,计算一下 java.lang.Integer到底占用多大内存:
ObjectHeader和 Pointer都是固定的,4+4=8byte;再看看字段,只有这一个,表示数值:
  1. /**
  2.  * The value of the <code>Integer</code>.
  3.  *
  4.  * @serial
  5.  */
  6. private final int value;
一个int在java中占据4byte,所以Integer的大小为4+4+4=12byte。
这个结果对吗?不对!还有一点没有说: 在java,对象占用的heap大小是8位对齐的,上面的12byte没有对齐,所以需要补位4byte。结果是16byte!
另外,在Java中还有一种特殊的对象, 数组!没错,这个对象有点特殊,它比其他对象多了一个属性:长度(length)。所以我们计算数组长度的时候,需要额外加上一个长度的字段,即一个int的大小。
例如:int[] arr = new int[10];
arr的占用heap大小为:
4(object header)+4(pointer)+4(length)+4*10(10个int大小)=52byte 由于需要8位对齐,所以最终大小为 56byte

节约内存原则

在了解了对象的内存使用情况后,我们可以简单算一笔帐。一个 java.lang.Integer占用16byte,而一个 int占用4byte,4:1的比例!也就是说整数的类类型是基本类型内存的4倍!由此我们得出第一个节约内存的原则:
(1) 尽量使用基本类型,而不是包装类型。
数据库建表的时候字段类型需要仔细推敲,同样JavaBean中的属性字段类型也需要仔细斟酌。不要吝啬使用short,byte,boolean,如果短类型能放下数据,尽量不要使用更长的类型。一个long比一个int才多4byte,但是你要想,如果内存中有100W个long,那就白白浪费了约4MB空间,不要小看这一点点的空间浪费,因为随便一个跑着在线应用的JVM中,对象都能达到上千万!内存是节省出来的。
(2) 斟酌字段类型,在满足容量前提下,尽量用小字段。
你知道一个ArrayList集合,如果里面放了10个数字,占用多少内存吗?让我们算算:
ArrayList中有两个字段:
  1. /**
  2.  * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
  3.  * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer.
  4.  */
  5. private transient Object[] elementData;
  6. /**
  7.  * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
  8.  *
  9.  * @serial
  10.  */
  11. private int size;
Object Header占4byte,Pointer占4byte,一个int字段(size)占4byte,elementData数组本身占12(4+4+4),数组中10个Integer对象占10×16。所以整个集合空间大小为4+4+4+12+160=184byte。
如果我们用int[]代替集合呢,12+4×10=52byte,对其后56byte。
集合跟数组的比例是184:56,超过3:1了!
(3) 如果可能,尽量用数组,少用集合
数组中是可以使用基本类型的,但是集合中只能放包装类型!
如果实在需要使用集合,推荐一个比较节约内存的集合工具,fastutil。这里面包含了JKD集合中绝大部分的实现,而且比较省内存。

小技巧

在上面的三个原则基础上,提供两个小技巧。
  • 时间用long/int表示,不用Date或者String。
  • 短字符串如果能穷举或者转换成ascii表示,可以用long或者int表示。
注意:小技巧跟具体的场景数据有关系,可以根据实际情况进行激进优化节省内存。

总结

性能和可读性向来就有些矛盾,在这里也是,为了节约内存,不得不进行取舍,代码丑陋了一些,可读性差了一些,还好能省下一些内存。上面的原则在 确实需要节约内存的时候 ,不妨可以试试!

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