對象很大，你忍一下
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你好，我是坤哥
上一篇Java 進(jìn)階之字節(jié)碼剖析中我曾經(jīng)提到這么一段話
int[128][2] ，int[256] 這兩個(gè)數(shù)組看起來一樣，但實(shí)際上前者比后者多了 246% 的額外開銷
針對這句話我收到了幾位讀者的私信，表示不明白為啥不過一個(gè)簡簡單的二維數(shù)組會(huì)有這么大的開銷，本來這個(gè)問題在我正在寫的類加載機(jī)制中有詳述，不過文章還沒寫完(估計(jì)本周發(fā))，所以我專門抽出這個(gè)問題探討一下，五分鐘就能看懂
Java 對象模型
HotSpot JVM 底層使用名為 oops (Ordinary Object Pointers) 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示對象的對象頭
- class oopDesc {
- friend class VMStructs;
- private:
- volatile markOop _mark;
- union _metadata {
- Klass* _klass;
- narrowKlass _compressed_klass;
- } _metadata;
- ...
- }
JVM 每創(chuàng)建一個(gè)對象，相當(dāng)于創(chuàng)建了一個(gè) oopDesc 的對象，即 instanceOopDesc 來表示這個(gè)對象，保存在堆中，如下圖所示
可以看到 Java 對應(yīng)主要由以下三部分組成
- 對象頭(Header)
- 對象實(shí)例數(shù)據(jù)(instance data)
- 對齊填充(Padding)
其中對象頭又包含三個(gè)部分
- markWord: 即 _mark:markOop，用于存儲(chǔ)對象運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)，好比 HashCode、鎖狀態(tài)標(biāo)志、GC分代年齡等。這部分在 64 位操作系統(tǒng)下占 8 字節(jié)，32 位操作系統(tǒng)下占 4 字節(jié)
- 指針：指向方法區(qū)中的類元數(shù)據(jù)(類信息)的指針，這部分就涉及到指針壓縮的概念，在開啟指針壓縮的狀況下占 4 字節(jié)，未開啟狀況下占 8 字節(jié)，默認(rèn)是開啟的
數(shù)組長度：這部分只有是數(shù)組對象才有，若是非數(shù)組對象就沒這部分。這部分占 4 字節(jié)。
除此之外對象還有兩個(gè)部分值得我們注意
對象實(shí)例數(shù)據(jù)(instanceData): 用于存儲(chǔ)對象中的各種類型的字段信息(包括從父類繼承來的)
對齊填充：Java 對象大小默認(rèn)按 8 字節(jié)對齊的，如果「對象頭」+「對象實(shí)際數(shù)據(jù)」不足8的位數(shù)，對齊填充會(huì)補(bǔ)齊相應(yīng)的字節(jié)以讓對象大小達(dá)到 8 的倍數(shù)
Java 數(shù)組大小
知道了對象模型的表示，再來看數(shù)組的大小，首先必須明確兩點(diǎn)
在 Java 中數(shù)組是一種特殊的對象(也是對象，也有對象頭)
一個(gè)多維數(shù)組是一個(gè)簡單數(shù)組的數(shù)組， 例如，一個(gè)二維數(shù)組的每一行都是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)組對象
接下來我們來看看一維數(shù)組 int[256] 在內(nèi)存中有多大，一維數(shù)組其實(shí)可以認(rèn)為是普通的對象，首先對象頭可以知道是 8(markword) + 4(kclass) + 4(數(shù)組長度)= 16 字節(jié)，對象實(shí)際數(shù)據(jù)大小為 256 * 4(int 大小為 4 個(gè)字節(jié)) = 1024 字節(jié)，所以此時(shí)總的字節(jié)數(shù)為 16 + 1024 = 1040 字節(jié)，是 8 的位數(shù)(1040/8 = 130)，所以 padding 為 0， 也就是說 int[256] 一維數(shù)組的字節(jié)大小為 1040 字節(jié)
再來看一下二維數(shù)組 int[128][2] 的大小，我們知道在 C 語言中二維數(shù)組(事實(shí)上是任何多維數(shù)組)本質(zhì)上是一維數(shù)組通過指針操作來實(shí)現(xiàn)的，但在 Java 中多維數(shù)組是由一系列的嵌套數(shù)組組成，也就是說對于二維數(shù)組而言，每一行(int[0][…]，int[1][…]，…，int[127][…])都對應(yīng)一個(gè)數(shù)組對象，都需要額外的開銷，一圖勝千言，如下所示
先來看左邊的對象大小：
數(shù)組的每一行 int[0]，int[1]，..int[127] 其實(shí)都是指向數(shù)組的指針，為 4 個(gè)字節(jié)，所以左邊對象占用空間大小為 16 + 4 * 128 = 528，是 8 的倍數(shù)(528/8 = 66)，所以 padding 為 0，所以總大小為 528
再來看左邊的 int[0] 等指向的數(shù)組對象大?。?/p>
由于左邊每個(gè)行數(shù)組的指向都指向了兩個(gè)元素的數(shù)組(int[x][0],int[x][1])，它們的對象大小為 16 + 4 + 4 = 24，是 8 的倍數(shù)，所以 padding 為 0 ，而總共有 128 個(gè)這樣的對象，所以右邊總的對象大小為 128 * 24 = 3072
由于可知 int[128][2] 對象大小為 528 + 3072 = 3600 字節(jié)，比一維數(shù)組 int[256](1024 字節(jié))多了 246% !
上述計(jì)算的是否正確呢，我們可以用 JDK 自帶的 ObjectSizeCalculator 來計(jì)算一下，如下：
與我們的計(jì)算結(jié)果完全一致!
其實(shí)不光是二維數(shù)組，包括字節(jié)串，普通的對象開銷也一般會(huì)比對象實(shí)際數(shù)據(jù)大幾倍，到此我相信你不難明白上一篇中開頭這樣一段話的含義了：kafka 中為啥要使用 pageCache 了, 因?yàn)槿绻挥庙摼彺妫怯?JVM 進(jìn)程中的緩存，對象的內(nèi)存開銷會(huì)非常大(通常是真實(shí)數(shù)據(jù)大小的幾倍甚至更多)
