JVM将内存划分为程序计数器（Program Counter Register）、虚拟机栈（VM Stack）、本地方法栈（Native Method Stack）、堆（Heap）以及方法区（Method Area）。作为开发者，我们最关注的是虚拟机栈以及堆这两块区域。虚拟机栈所需要的内存空间在编译期间即可明确，而堆内存所需要的空间需要在运行时才可确定。堆内存用于存放我们在程序中创建的对象，一旦没有足够的空间用于存放这些对象，即会抛出OutOfMemoryError异常。在这种情况下，我们可以调整堆内存的大小，或者对程序进行优化。当我们采用后一种方式时，我们需要了解一个对象是如何占据堆内存空间的，或者说是了解一个对象是由哪些部分组成的。

对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中的布局划分为3个区域：对象头（Header），实例数据（Instance Data）以及对齐填充（Padding）。

对象头

HotSpot虚拟机对象的对象头一般包含两部分信息，第一部分用于存储对象自身的运行时数据，例如HashCode、GC分代年龄等信息。在32位和64位的JVM中，这部分数据分别为32bit和64bit，官方称这部分数据为Mark Word。

另一部分用于存储对象的类型指针，该指针指向它的类元数据，JVM通过这个指针确定对象是哪个类的实例。在32位JVM中，指针的长度为32bit，在未开启压缩指针的64位JVM中，该指针的长度为64bit，如果开启压缩指针，那么为32bit。

之前提到对象头一般包含两部分信息，这是因为如果对象是一个数组，那么对象头还需要有额外的空间用于存储数组的长度，并且这部分数据也随着JVM位数的不同而不同：32位的JVM上，该区域的长度为32bit，在64位未开启压缩指针的JVM中，这部分数据的长度为64bit，否则为32bit。

实例数据

实例数据部分是对象真正存储有效信息的区域，存储了代码中定义的各种字段的内容，包括从父类继承下来的字段和子类中定义的字段。

实例数据紧随对象头，为了提高存储空间的利用率，这部分数据的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中定义顺序的影响。HotSpot虚拟机默认的分配策略如下所示。

  • doubles & longs
  • ints & floats
  • shorts & chars
  • booleans & bytes
  • references

可以看出，相同宽度的字段总是被分配到一起，并且在满足这个条件的前提下，在父类中定义的字段会出现在子类字段之前。

对齐填充

对齐填充这部分不是必须存在的，这部分仅仅是起着占位符的作用。由于HotSpot虚拟机的自动内存管理系统要求对象的起始地址必须是8字节的整数倍，因此当对象实例部分数据没有对齐时，就需要对剩余的部分进行填充。

度量工具

从JDK 5开始， Java提供了Instrumentation API，通过getObjectSize方法来获取对象的大小，但是getObjectSize方法存在如下两个缺陷，不能准确的计算对象的大小。

  • 不能直接调用getObjectSize方法，而是需要通过-javaagent参数指定一个特定的jar文件（包含Instrumentation代理）来启动Instrumentation的代理程序。
  • 如果一个对象中包含别的对象的引用，那么getObjectSize方法仅仅计算引用的大小，而不包括引用所指向的对象的大小。

由于上述两个缺陷，我们不能直接调用getObjectSize方法来计算对象的大小，但是利用Java的反射机制，我们可以完整的计算一个对象的大小。我们解析对象的每一个Field（使用getDeclaredFields），并遵从如下规则。

  • 当Field是基本数据类型时，我们不再计算该Field的大小，因为该Field的大小已经被包含在getObjectSize方法的返回值中。
  • 当Field是静态数据或者是常量池中包含的数据，那么我们忽略这些数据，因为这些数据并不是属于对象的。
  • 我们需要保存我们已经计算过的对象的引用，防止重复计算。
  • 如果对象所属的类存在父类，还需要计算父类中成员变量的大小。

jvm-obj-size 是以上思想的具体实现，jvm-obj-size 实现了基本的获取对象本身的大小（sizeOf，仅包含引用本身），以及获取对象真正的大小（fullSizeOf，包含引用所指向的对象）的方法，具体用法以及测试代码详见README文件。

参考