java如何获取一个对象的大小

When---什么时候需要知道对象的内存大小

在内存足够用的情况下我们是不需要考虑java中一个对象所占内存大小的。但当一个系统的内存有限，或者某块程序代码允许使用的内存大小有限制，又或者设计一个缓存机制，当存储对象内存超过固定值之后写入磁盘做持久化等等，总之我们希望像写C一样，java也能有方法实现获取对象占用内存的大小。

 

How---java怎样获取对象所占内存大小

在回答这个问题之前，我们需要先了解java的基础数据类型所占内存大小。

数据类型	所占空间（byte）
byte	1
short	2
int	4
long	8
float	4
double	8
char	2
boolean	1

当然，java作为一种面向对象的语言，更多的情况需要考虑对象的内存布局，java对于对象所占内存大小需要分两种情况考虑：

对象类型	内存布局构成
一般非数组对象	8个字节对象头(mark) + 4/8字节对象指针 + 数据区 + padding内存对齐(按照8的倍数对齐)
数组对象	8个字节对象头(mark) + 4/8字节对象指针 + 4字节数组长度 + 数据区 + padding内存对齐(按照8的倍数对齐)

可以看到数组类型对象和普通对象的区别仅在于4字节数组长度的存储区间。而对象指针究竟是4字节还是8字节要看是否开启指针压缩。Oracle JDK从6 update 23开始在64位系统上会默认开启压缩指针
http://rednaxelafx.iteye.com/blog/1010079。如果要强行关闭指针压缩使用-XX:-UseCompressedOops,强行启用指针压缩使用: -XX:+UseCompressedOops。 

接下来我们来举例来看实现java获取对象所占内存大小的方法：

假设我们有一个类的定义如下：

    private static class ObjectA {  
        String str;   // 4  
        int i1;       // 4  
        byte b1;      // 1  
        byte b2;      // 1  
        int i2;       // 4   
        ObjectB obj;  //4  
        byte b3;      // 1  
    }  

    private static class ObjectB {  
        
    }

如果我们直接按照上面掌握的java对象内存布局进行计算，则有：

Size(ObjectA) = Size(对象头(_mark)) + size(oop指针) + size(数据区)
Size(ObjectA) = 8 + 4 + 4(String) + 4(int) + 1(byte) + 1(byte) + 2(padding) + 4(int) + 4(ObjectB指针) + 1(byte) + 7(padding)
Size(ObjectA) = 40

我们直接通过两种获取java对象内存占用大小的方式来验证我们的计算是否正确。

 

方式1---通过Instrumentation来获取

这种方法得到的是Shallow Size，即遇到引用时，只计算引用的长度，不计算所引用的对象的实际大小。如果要计算所引用对象的实际大小，必须通过递归的方式去计算。
查看jdk的代码发现，Instrumentation是一个接口，本来我想的是可以直接定义一个类实现该接口。但是看了下该接口里面的方法瞬间傻眼。根本没法去重写。
calm down，原来Instrumentation接口的实例需要使用代理的方式来获得。具体步骤如下：

1. 编写 premain 函数

编写一个 Java 类，包含如下两个方法当中的任何一个
public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst); [1]
public static void premain(String agentArgs); [2]
其中，[1] 的优先级比 [2] 高，将会被优先执行（[1] 和 [2] 同时存在时，[2] 被忽略）。
在这个 premain 函数中，开发者可以进行对类的各种操作。
agentArgs 是 premain 函数得到的程序参数，随同 “– javaagent”一起传入。与 main 函数不同的是，这个参数是一个字符串而不是一个字符串数组，如果程序参数有多个，程序将自行解析这个字符串。
Inst 是一个 java.lang.instrument.Instrumentation 的实例，由 JVM 自动传入。java.lang.instrument.Instrumentation 是 instrument 包中定义的一个接口，也是这个包的核心部分，集中了其中几乎所有的功能方法，例如类定义的转换和操作等。

package instrumentation.test;

import java.lang.instrument.Instrumentation;

public class ObjectShallowSize {
    private static Instrumentation inst;  

    public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instP){  
        inst = instP;  
    }  

    public static long sizeOf(Object obj){  
        return inst.getObjectSize(obj);  
    }  
}

2. 在META-INF下面新建MANIFEST.MF文件，并且指定

Manifest-Version: 1.0
Premain-Class: instrumentation.test.ObjectShallowSize

3. 通过eclipse->export->jar->next->next,然后选中定制的 MANIFEST.MF 文件，进行jar打包。

4. 给需要使用ObjectShallowSize的工程引入该jar包，并通过代码测试对象所占内存大小：

 System.out.println(ObjectShallowSize.sizeOf(new ObjectA())); // 32 
5. 在运行调用ObjectShallowSize.sizeof的类的工程中加上刚打的jar包依赖，同时eclipse里面run configuration,在VM arguments中添加（标红部分为jar包的绝对路径）：

-javaagent:E:/software/instrumentation-sizeof.jar

 

方式2---使用Unsafe来获取

关于Unsafe的使用，后面我会专门开一个专题来详细讲述，这里暂时让我们来见识下Unsafe的神奇之处。

    private final static Unsafe UNSAFE;
    // 只能通过反射获取Unsafe对象的实例
    static {
        try {
            UNSAFE = (Unsafe) Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe").get(null);
        } catch (Exception e) {
            throw new Error();
        }
    }

    Field[] fields = ObjectA.class.getDeclaredFields();
    for (Field field : fields) {
    　　System.out.println(field.getName() + "---offSet:" + UNSAFE.objectFieldOffset(field));
    }

输出结果为：

str---offSet:24
i1---offSet:12
b1---offSet:20
b2---offSet:21
i2---offSet:16
obj---offSet:28
b3---offSet:22

我们同样可以算得对象实际占用的内存大小：

Size(ObjectA) = Size(对象头(_mark)) + size(oop指针) + size(排序后数据区)  =  8 + 4 + (28+4-12)  =  32.

 

我们再回过头来，看我们在通过代码获取对象所占内存大小之前的预估值40。比我们实际算出来的值多了8个字节。通过Unsafe打印的详细信息，我们不难想到这其实是由hotspot创建对象时的排序决定的：

HotSpot创建的对象的字段会先按照给定顺序排列,默认的顺序为：从长到短排列，引用排最后: long/double –> int/float –> short/char –> byte/boolean –> Reference。

所以我们重新计算对象所占内存大小得：

Size(ObjectA) = Size(对象头(_mark)) + size(oop指针) + size(排序后数据区)
Size(ObjectA) = 8 + 4 + 4(int) + 4(int) + byte(1) + byte(1) + 2(padding) + 4(String) + 4(ObjectB指针)
Size(ObjectA) = 32

与上面计算结果一致。

 

Deeper---深入分析的一个例子：

以下代码摘抄自原链接：

package test;

import java.lang.reflect.Array;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Modifier;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.IdentityHashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

import sun.misc.Unsafe;

public class ClassIntrospector {

    private static final Unsafe unsafe;  
    /** Size of any Object reference */  
    private static final int objectRefSize;  
    static {  
        try {  
            Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");  
            field.setAccessible(true);  
            unsafe = (Unsafe) field.get(null);  

            // 可以通过Object[]数组得到oop指针究竟是压缩后的4个字节还是未压缩的8个字节
            objectRefSize = unsafe.arrayIndexScale(Object[].class);  
        } catch (Exception e) {  
            throw new RuntimeException(e);  
        }  
    }  

    /** Sizes of all primitive values */  
    private static final Map<Class<?>, Integer> primitiveSizes;  

    static {  
        primitiveSizes = new HashMap<Class<?>, Integer>(10);  
        primitiveSizes.put(byte.class, 1);  
        primitiveSizes.put(char.class, 2);  
        primitiveSizes.put(int.class, 4);  
        primitiveSizes.put(long.class, 8);  
        primitiveSizes.put(float.class, 4);  
        primitiveSizes.put(double.class, 8);  
        primitiveSizes.put(boolean.class, 1);  
    }  

    /** 
     * Get object information for any Java object. Do not pass primitives to 
     * this method because they will boxed and the information you will get will 
     * be related to a boxed version of your value. 
     *  
     * @param obj 
     *            Object to introspect 
     * @return Object info 
     * @throws IllegalAccessException 
     */  
    public ObjectInfo introspect(final Object obj)  
            throws IllegalAccessException {  
        try {  
            return introspect(obj, null);  
        } finally { // clean visited cache before returning in order to make  
                    // this object reusable  
            m_visited.clear();  
        }  
    }  

    // we need to keep track of already visited objects in order to support  
    // cycles in the object graphs  
    private IdentityHashMap<Object, Boolean> m_visited = new IdentityHashMap<Object, Boolean>(  
            100);  

    private ObjectInfo introspect(final Object obj, final Field fld)  
            throws IllegalAccessException {  
        // use Field type only if the field contains null. In this case we will  
        // at least know what's expected to be  
        // stored in this field. Otherwise, if a field has interface type, we  
        // won't see what's really stored in it.  
        // Besides, we should be careful about primitives, because they are  
        // passed as boxed values in this method  
        // (first arg is object) - for them we should still rely on the field  
        // type.  
        boolean isPrimitive = fld != null && fld.getType().isPrimitive();  
        boolean isRecursive = false; // will be set to true if we have already  
                                        // seen this object  
        if (!isPrimitive) {  
            if (m_visited.containsKey(obj))  
                isRecursive = true;  
            m_visited.put(obj, true);  
        }  

        final Class<?> type = (fld == null || (obj != null && !isPrimitive)) ? obj  
                .getClass() : fld.getType();  
        int arraySize = 0;  
        int baseOffset = 0;  
        int indexScale = 0;  
        if (type.isArray() && obj != null) {  
            baseOffset = unsafe.arrayBaseOffset(type);  
            indexScale = unsafe.arrayIndexScale(type);  
            arraySize = baseOffset + indexScale * Array.getLength(obj);  
        }  

        final ObjectInfo root;  
        if (fld == null) {  
            root = new ObjectInfo("", type.getCanonicalName(), getContents(obj,  
                    type), 0, getShallowSize(type), arraySize, baseOffset,  
                    indexScale);  
        } else {  
            final int offset = (int) unsafe.objectFieldOffset(fld);  
            root = new ObjectInfo(fld.getName(), type.getCanonicalName(),  
                    getContents(obj, type), offset, getShallowSize(type),  
                    arraySize, baseOffset, indexScale);  
        }  

        if (!isRecursive && obj != null) {  
            if (isObjectArray(type)) {  
                // introspect object arrays  
                final Object[] ar = (Object[]) obj;  
                for (final Object item : ar)  
                    if (item != null)  
                        root.addChild(introspect(item, null));  
            } else {  
                for (final Field field : getAllFields(type)) {  
                    if ((field.getModifiers() & Modifier.STATIC) != 0) {  
                        continue;  
                    }  
                    field.setAccessible(true);  
                    root.addChild(introspect(field.get(obj), field));  
                }  
            }  
        }  

        root.sort(); // sort by offset  
        return root;  
    }  

    // get all fields for this class, including all superclasses fields  
    private static List<Field> getAllFields(final Class<?> type) {  
        if (type.isPrimitive())  
            return Collections.emptyList();  
        Class<?> cur = type;  
        final List<Field> res = new ArrayList<Field>(10);  
        while (true) {  
            Collections.addAll(res, cur.getDeclaredFields());  
            if (cur == Object.class)  
                break;  
            cur = cur.getSuperclass();  
        }  
        return res;  
    }  

    // check if it is an array of objects. I suspect there must be a more  
    // API-friendly way to make this check.  
    private static boolean isObjectArray(final Class<?> type) {  
        if (!type.isArray())  
            return false;  
        if (type == byte[].class || type == boolean[].class  
                || type == char[].class || type == short[].class  
                || type == int[].class || type == long[].class  
                || type == float[].class || type == double[].class)  
            return false;  
        return true;  
    }  

    // advanced toString logic  
    private static String getContents(final Object val, final Class<?> type) {  
        if (val == null)  
            return "null";  
        if (type.isArray()) {  
            if (type == byte[].class)  
                return Arrays.toString((byte[]) val);  
            else if (type == boolean[].class)  
                return Arrays.toString((boolean[]) val);  
            else if (type == char[].class)  
                return Arrays.toString((char[]) val);  
            else if (type == short[].class)  
                return Arrays.toString((short[]) val);  
            else if (type == int[].class)  
                return Arrays.toString((int[]) val);  
            else if (type == long[].class)  
                return Arrays.toString((long[]) val);  
            else if (type == float[].class)  
                return Arrays.toString((float[]) val);  
            else if (type == double[].class)  
                return Arrays.toString((double[]) val);  
            else  
                return Arrays.toString((Object[]) val);  
        }  
        return val.toString();  
    }  

    // obtain a shallow size of a field of given class (primitive or object  
    // reference size)  
    private static int getShallowSize(final Class<?> type) {  
        if (type.isPrimitive()) {  
            final Integer res = primitiveSizes.get(type);  
            return res != null ? res : 0;  
        } else  
            return objectRefSize;  
    }  
}

下面来分析ObjectC所占内存大小：

package test;

public class IntrospectorTest {
    private static class ObjectC {  
        ObjectD[] array = new ObjectD[2];  
    }  

    private static class ObjectD {  
        int value;  
    }  
    
    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException {
        final ClassIntrospector ci = new ClassIntrospector();  
        ObjectInfo res = ci.introspect(new ObjectC());  
        System.out.println( res.getDeepSize() );  
    }
}

代码输出为：40。

下面我们来分析下ObjectC的内存布局：

ShallowSize(ObjectC) = Size(对象头) + Size(oop指针) + Size(内容) + Size(对齐)

ShallowSize(ObjectC) = 8 + 4 + 4(ObjectD[]数组引用) =16

Size(ObjectD[] arr) = 8(数组对象头) + 4(oop指针) + 4(数组长度) + 4(ObjectD[0]对象引用) + 4(ObjectD[1]对象引用) = 24

因为arr没有具体赋值，所以此时具体引用的为null，不占用内存。否则需要再次计算ObjectD的内存最后想加。

所以总共得到：Size(ObjectC) = ShallowSize(ObjectC) + Size(ObjectD[] arr)  = 40。

 

参考链接：

http://blog.csdn.net/antony9118/article/details/54317637
https://www.cnblogs.com/licheng/p/6576644.html