美团面试:如何计算一个对象在内存中占多少个字节？

在分配对象的时候会有一些基本的规则，我们可以根据一些规则大致能判断出来对象大小。

在 Hotspot VM 中，对象在内存中的存储布局分为三个区域：

1. 对象头（Header）
2. 实例数据（Instance Data）
3. 对齐填充（Padding）

对象头（Header）

对象头包括以下三部分：

1. MarkWord：用于存储对象运行时的数据，例如 HashCode、锁状态标志、GC 分代年龄等。在 64 位操作系统下占 8 字节，32 位操作系统下占 4 字节。
2. 元数据指针：指向对象的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针确定该对象属于哪个类。在开启指针压缩的情况下占 4 字节，未开启时占 8 字节。
3. 数组长度：仅在数组对象中存在，占 4 字节。非数组对象不包含这一部分。

实例数据（Instance Data）

用于存储对象中的各类字段信息，包括从父类继承而来的字段。

对齐填充（Padding）

Java 对象的大小默认按照 8 字节对齐，也就是说 Java 对象的大小必须是 8 字节的倍数。如果对象大小不足 8 字节，则进行填充以满足对齐要求。

8 字节对齐的原因

8 字节对齐并不是浪费空间资源，主要有以下原因：

1. CPU 内存访问效率：CPU 进行内存访问时，一次寻址的指针大小是 8 字节，正好与 L1 缓存行的大小一致。如果不进行内存对齐，可能会出现跨缓存行的情况，这会导致缓存行污染，影响性能。
2. 提高内存访问速度：内存对齐可以提高数据访问的速度，因为对齐的数据可以在一个内存访问周期内读取完毕，而未对齐的数据可能需要多个周期。

通过 8 字节对齐，可以减少 CPU 访问内存时的额外开销，从而提升整体性能。

由于当 obj1 对象的字段被修改后，那么 CPU 在访问 obj2 对象时，必须将其重新加载到缓存行，因此影响了程序执行效率。

也就说，8字节对齐，是为了效率的提高，以空间换时间的一种方案。固然你还能够 16 字节对齐，可是 8 字节是最优选择。

Java 对象到底占用多大内存

前面我们分析了 Java 对象到底都包含哪些东西，所以现在我们可以开始剖析一个 Java 对象到底占用多大内存。

由于现在基本都是 64 位的虚拟机，所以后面的讨论都是基于 64 位虚拟机。 首先记住公式，对象由 对象头 + 实例数据 + padding 填充字节组成，虚拟机规范要求对象所占内存必须是 8 的倍数，padding 就是干这个的。
从 JDK 8 开始，HotSpot JVM 默认开启了指针压缩（Compressed Oops）。指针压缩可以减少对象指针的大小，从而节省内存空间，提高内存访问的效率。

一个空的Java object 对象占多大内存？

一个空的对象，在开启压缩指针的情况下，占16个字节。其中Markword占8个字节、类元指针占4个字节， 对齐填充占4个字节。

简单类

public class Test {

    private int a;

    private long b;

    private byte c;

}

要占用的空间为：

head(8+4) + a(4) + b(8) + c(1) + padding(7) = 32

对象包含基础数据和引用对象

public class Test { 
    byte a; 
    int b; 
    boolean c; 
    long d; 
    Object e; 
} 

要占用的空间为：
Object e 存的是地址，占用4字节。

head(8+4) + a(1) + b(4) + c(1) + d(8) + e(4) + padding(2) = 32

通过以上规则和例子，可以帮助我们大致判断Java对象在内存中占用的空间大小。

如何验证估算是否正确

org.openjdk.jol:jol-core:0.9 是一个 Java 库，用于分析和探索 Java 对象布局（JVM 内存布局），帮助理解对象在内存中的实际占用情况。
使用如下：

<dependency>
  <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
  <artifactId>jol-core</artifactId>
  <version>0.14</version>
</dependency>

示例代码：

package com.trace.agent;

import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;

import java.util.List;


public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        ClassLayout classLayout = ClassLayout.parseInstance(new ObjectA());
        System.out.println(classLayout.toPrintable());
    }
}


class ObjectA {
}

输出如下：

com.trace.agent.ObjectA object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4        (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
      4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4        (object header)                           56 f3 00 jp (01000011 11000001 00000000 11111000) (-13311823)
     12     4        (loss due to the next object alignment)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

以上代码和输出示例说明了如何使用 JOL 库来验证 Java 对象在内存中的实际占用情况。通过这些工具和方法，可以更准确地分析和理解 Java 对象的内存布局。