在公司有一個(gè)需求是要核對(duì)一批數(shù)據(jù)石蔗，之前的做法是直接用SQL各種復(fù)雜操作給懟出來(lái)的喧锦，不僅時(shí)間慢，而且后期也不好維護(hù)抓督，就算原作者來(lái)了過(guò)一個(gè)月估計(jì)也忘了SQL什么意思了燃少，于是有一次我就想著問(wèn)一下之前做這個(gè)需求的人為什么不將這些數(shù)據(jù)查出來(lái)后在內(nèi)存里面做篩選呢？直接說(shuō)了你不怕把內(nèi)存給撐爆嗎铃在？此核算服務(wù)器是單獨(dú)的服務(wù)器阵具，配置是四核八G的碍遍，配置堆的大小是4G。本著懷疑的精神阳液，就想要弄清楚幾百萬(wàn)條數(shù)據(jù)真的放入內(nèi)存的話會(huì)占用多少內(nèi)存呢怕敬？

計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)單位

計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)單位常用的有bit、Byte帘皿、KB东跪、MB、GB鹰溜、TB后面還有但是我們基本上用不上就不說(shuō)了虽填，我們經(jīng)常將bit稱之為比特或者位、將Byte簡(jiǎn)稱為B或者字節(jié)曹动，將KB簡(jiǎn)稱為K斋日，將MB稱之為M或者兆，將GB簡(jiǎn)稱為G墓陈。那么他們的換算單位是怎樣的呢恶守？

換算關(guān)系

首先我們得知道在計(jì)算機(jī)中所有數(shù)據(jù)都是由0 1來(lái)組成的，那么存儲(chǔ)0 1這些二進(jìn)制數(shù)據(jù)是由什么存放呢贡必？就是由bit存放的兔港，一個(gè)bit存放一位二進(jìn)制數(shù)字。所以bit是計(jì)算機(jī)最小的單位仔拟。

大部分計(jì)算機(jī)目前都是使用8位的塊押框，就是我們上面稱之為的字節(jié)Byte，來(lái)作為計(jì)算機(jī)容量的基本單位理逊。所以我們一般稱一個(gè)字符或者一個(gè)數(shù)字都是稱之為占用了多少字節(jié)橡伞。

了解了上面關(guān)于位和字節(jié)的關(guān)系后，我們可以看一下其他的單位換算關(guān)系

1B(Byte 字節(jié)) = 8bit(位)
1KB = 1024B
1MB = 1024KB
1GB = 1024MB
1TB = 1024GB

Java中對(duì)象占用多少內(nèi)存

在了解了上面的換算關(guān)系后晋被，我們來(lái)了解一下新建一個(gè)Java對(duì)象需要多少內(nèi)存兑徘。

Java基本類型

我們知道Java類型分為基本類型和引用類型，八大基本類型有int羡洛、short挂脑、long、byte欲侮、float崭闲、double、boolean威蕉、char

至于為什么Java中的char無(wú)論是中英文數(shù)字都占用兩個(gè)字節(jié)刁俭，是因?yàn)镴ava中使用Unicode字符，所有的字符均以兩個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)韧涨。

Java引用類型

在一個(gè)對(duì)象中除了有基本數(shù)據(jù)類型以外牍戚，我們也會(huì)有一些引用類型侮繁，引用類型的對(duì)象比較特殊，因?yàn)檫@些對(duì)象真正存儲(chǔ)在虛擬機(jī)中的堆內(nèi)存中如孝，對(duì)象中只是存儲(chǔ)了一個(gè)引用而已宪哩，如果是引用類型那么就會(huì)存儲(chǔ)一個(gè)指向該引用的指針。指針默認(rèn)情況下是占用4字節(jié)第晰，是因?yàn)殚_(kāi)啟了指針壓縮锁孟，如果沒(méi)有開(kāi)的話，那么一個(gè)引用就占用8個(gè)字節(jié)茁瘦。

對(duì)象在內(nèi)存中的布局

在HotSpot虛擬機(jī)中品抽，對(duì)象在內(nèi)存中存儲(chǔ)的布局可以分為三個(gè)區(qū)域：對(duì)象頭(Header)、實(shí)例數(shù)據(jù)(Instance Data)腹躁、對(duì)齊填充(Padding)。

image

對(duì)象頭

在對(duì)象頭中存儲(chǔ)了兩部分?jǐn)?shù)據(jù)

• 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)：存儲(chǔ)了對(duì)象自身運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)南蓬，例如哈希碼纺非、GC分代的年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志赘方、線程持有的鎖烧颖、偏向線程ID等等。這部分?jǐn)?shù)據(jù)在32位和64位的虛擬機(jī)中分別為32bit和64bit
• 類型指針：對(duì)象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針窄陡，虛擬機(jī)通過(guò)這個(gè)指針來(lái)確定這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例炕淮。如果對(duì)象是一個(gè)Java數(shù)組的話，那么對(duì)象頭中還必須有一塊用于記錄數(shù)組長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)（占用4個(gè)字節(jié)）跳夭。所以這是一個(gè)指針涂圆，默認(rèn)JVM對(duì)指針進(jìn)行了壓縮，用4個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)币叹。

我們以虛擬機(jī)為64位的機(jī)器為例润歉，那么對(duì)象頭占用的內(nèi)存是8(運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù))+4(類型指針)=12Byte。如果是數(shù)組的話那么就是16Byte

實(shí)例數(shù)據(jù)

實(shí)例數(shù)據(jù)中也擁有兩部分?jǐn)?shù)據(jù)颈抚，一部分是基本類型數(shù)據(jù)踩衩，一部分是引用指針。這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)我們?cè)谏厦嬉呀?jīng)講了贩汉。具體占用多少內(nèi)存我們需要結(jié)合具體的對(duì)象繼續(xù)分析驱富，下面我們會(huì)有具體的分析。

從父類中繼承下來(lái)的變量也是需要進(jìn)行計(jì)算的

對(duì)齊填充

對(duì)齊填充并不是必然存在的匹舞，也沒(méi)有特別的含義褐鸥。它僅僅起著占位符的作用。由于HotSpot VM的自動(dòng)內(nèi)存管理系統(tǒng)要求對(duì)象起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍赐稽，換句話說(shuō)就是對(duì)象的大小必須是8字節(jié)的整數(shù)倍晶疼。而如果對(duì)象頭加上實(shí)例數(shù)據(jù)不是8的整數(shù)倍的話那么就會(huì)通過(guò)對(duì)其填充進(jìn)行補(bǔ)全酒贬。

實(shí)戰(zhàn)演練

我們?cè)谏厦娣治鲆淮蠖眩敲词遣皇蔷腿缥覀兎治龅囊粯哟浠簦陆ㄒ粋€(gè)對(duì)象在內(nèi)存中的分配大小就是如此呢锭吨？我們可以新建一個(gè)對(duì)象。

class Animal{

    private int age;

}

那么怎么知道這個(gè)對(duì)象在內(nèi)存中占用多少內(nèi)存呢寒匙？JDK提供了一個(gè)工具jol-core可以給我們分析出來(lái)一個(gè)對(duì)象在內(nèi)存中占用的內(nèi)存大小零如。直接在項(xiàng)目中引入包即可。

--Gradle
compile 'org.openjdk.jol:jol-core:0.9'

--Maven
<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.9</version>
</dependency>

然后我們?cè)趍ain函數(shù)中調(diào)用如下

public class AboutObjectMemory {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.print(ClassLayout.parseClass(Animal.class).toPrintable());
    }
}

就可以查看到輸出的內(nèi)容了锄弱，可以看到輸出結(jié)果占用的內(nèi)存是16字節(jié)考蕾，和我們分析的一樣。

aboutjava.other.Animal object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0    12        (object header)                           N/A
     12     4    int Animal.age                                N/A
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total

String占用多少內(nèi)存

String字符串在Java中是個(gè)特殊的存在会宪，比如一個(gè)字符串"abcdefg"這樣一個(gè)字符串占用多少字節(jié)呢肖卧？相信會(huì)有人回答說(shuō)是7個(gè)字節(jié)或者是14個(gè)字節(jié)，這兩個(gè)答案都是不準(zhǔn)確的掸鹅，我們先看一下String類在內(nèi)存中占用的內(nèi)存是多少塞帐。
我們先自己進(jìn)行分析一下。在String類中有兩個(gè)屬性巍沙，其中對(duì)象頭固定了是12字節(jié)葵姥，int是4字節(jié)，char[]數(shù)組其實(shí)在這里相當(dāng)于引用對(duì)象存的句携，所以存的是地址榔幸，因此占用4個(gè)字節(jié)，所以大小為對(duì)象頭12Byte+實(shí)例數(shù)據(jù)8Byte+填充數(shù)據(jù)4Byte=24Byte這里的對(duì)象頭和實(shí)例數(shù)據(jù)加起來(lái)不是8的倍數(shù)矮嫉，所以需要填充數(shù)據(jù)進(jìn)行填充削咆。

    private final char value[];

    private int hash; // Default to 0

那么我們分析的到底對(duì)不對(duì)呢，我們還是用上面的工具進(jìn)行分析一下蠢笋√粒可以看到我們算出的結(jié)果和我們分析的結(jié)果是一致的。

java.lang.String object internals:
 OFFSET  SIZE     TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0    12          (object header)                           N/A
     12     4   char[] String.value                              N/A
     16     4      int String.hash                               N/A
     20     4          (loss due to the next object alignment)
Instance size: 24 bytes

那么一個(gè)空字符串占用多少內(nèi)存呢挺尿？我們剛才得到的是一個(gè)String對(duì)象占用了24字節(jié)奏黑，其實(shí)char[]數(shù)組還是會(huì)占用內(nèi)存的，我們?cè)谏厦嬷v對(duì)象頭的時(shí)候說(shuō)過(guò)编矾，數(shù)組對(duì)象也是一個(gè)實(shí)例對(duì)象熟史，它的對(duì)象頭比一般的對(duì)象多出來(lái)4字節(jié)，用來(lái)描述此數(shù)組的長(zhǎng)度窄俏，所以char[]數(shù)組的對(duì)象頭長(zhǎng)度為16字節(jié)蹂匹，由于此時(shí)是空字符串，所以實(shí)例數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0凹蜈。因此一個(gè)空char[]數(shù)組占用內(nèi)存大小為對(duì)象頭16Byte+實(shí)例數(shù)據(jù)0Byte=16Byte限寞。一個(gè)空字符串占用內(nèi)存為String對(duì)象+char[]數(shù)組對(duì)象=40Byte

那么我們上面舉的例子abcdefg占用多少內(nèi)存呢忍啸？其中String對(duì)象占用的內(nèi)存是不會(huì)變了，變化的是char[]數(shù)組中的內(nèi)容履植，這里我們需要知道字符串是存放于char[]數(shù)組中的计雌，而一個(gè)char占用2個(gè)字節(jié)，所以abcdefg的char[]數(shù)組大小為對(duì)象頭16Byte+實(shí)例數(shù)據(jù)14Byte+對(duì)齊填充2Byte=32Byte玫霎。那么abcdefg占用內(nèi)存大小就是String對(duì)象+char[]數(shù)組對(duì)象=56Byte

用List存儲(chǔ)對(duì)象

那么我們?cè)趦?nèi)存中放入二千萬(wàn)個(gè)這個(gè)對(duì)象的話凿滤，需要占用多少內(nèi)存呢？根據(jù)上面的知識(shí)我們能大概估算一下庶近。我們定義一個(gè)List數(shù)組用于存放此對(duì)象翁脆，不讓其回收。

List<Animal> animals = new ArrayList<>(20000000);
for (int i = 0; i < 20000000; i++) {
    Animal animal = new Animal();
    animals.add(animal);
}

注意這里我是直接將集合的大小初始化為了二千萬(wàn)的大小鼻种，所以程序在正常啟動(dòng)的時(shí)候占用內(nèi)存是100+MB反番，正常程序啟動(dòng)僅僅占用30+MB的，所以多出來(lái)的60+MB正好是我們初始化的數(shù)組的大小叉钥。至于為什么要初始化大小的原因就是為了消除集合在擴(kuò)容時(shí)對(duì)我們觀察結(jié)果的影響

這里我貼一張罢缸，集合未初始化大小和初始化大小內(nèi)存占用對(duì)比圖，大家可以看到是有內(nèi)存上的差異沼侣，在ArrayList數(shù)組中用于存放數(shù)據(jù)的是transient Object[] elementData;Object數(shù)組祖能，所以它里面存放的是指向?qū)ο蟮闹羔樓革粋€(gè)指針占用4個(gè)字節(jié)蛾洛，所以就有兩千萬(wàn)個(gè)指針，那么就是76M雁芙。我們可以看到差異圖和我們預(yù)想的一樣轧膘。

image

上面我們已經(jīng)算出來(lái)了一個(gè)Animal對(duì)象占用16個(gè)字節(jié)，所以兩千萬(wàn)個(gè)占用大概是305MB兔甘，和集合加起來(lái)就是將近380MB的空間大小谎碍，接下來(lái)我們就啟動(dòng)程序來(lái)看一下我們結(jié)果是不是對(duì)的呢，接下來(lái)我用的jconsole工具查看內(nèi)存占用情況洞焙。

image

我們可以看到和我們預(yù)算的結(jié)果是相吻合的蟆淀。

那么以后如果有大量的對(duì)象需要從數(shù)據(jù)庫(kù)中查找出來(lái)放入內(nèi)存的話，那么如果是使用對(duì)象來(lái)接的話澡匪，那么我們就應(yīng)該盡量減少對(duì)象中的字段熔任，因?yàn)榧词鼓悴毁x值，其實(shí)他也是占用著內(nèi)存的唁情，我們接下來(lái)再舉個(gè)例子看一下對(duì)個(gè)屬性值的話占用內(nèi)存是不是又高了疑苔。我們將Animal對(duì)象改造如下

class Animal{

    private int age;
    private int age1;
    private int age2;
    private int age3;
    private int age4;
    
}

此時(shí)我們能夠計(jì)算得到一個(gè)Animal對(duì)象占用的內(nèi)存大小是（對(duì)象頭12Byte+實(shí)例數(shù)據(jù)20Byte=32Byte）此時(shí)32由于是8的倍數(shù)所以無(wú)需進(jìn)行填充補(bǔ)齊。那么此時(shí)如果還是二千萬(wàn)條數(shù)據(jù)的話甸鸟，此對(duì)象占用內(nèi)存應(yīng)該是610MB惦费，加上剛才集合中指針的數(shù)據(jù)76MB兵迅，那么加起來(lái)將近占用686MB，那么預(yù)期結(jié)果是否和我們的一樣呢薪贫，我們重新啟動(dòng)程序觀察恍箭，可以看到下圖『罄祝可以看到和我們分析的數(shù)據(jù)是差不多的季惯。

image

用Map存儲(chǔ)對(duì)象

用Map存儲(chǔ)對(duì)象計(jì)算內(nèi)存大小有些麻煩了，眾所周知Map的結(jié)構(gòu)是如下圖所示臀突。

image

它是一個(gè)數(shù)組加鏈表（或者紅黑樹(shù)）的結(jié)構(gòu)勉抓，而數(shù)組中存放的數(shù)據(jù)是Node對(duì)象。

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;
}

我們舉例定義下面一個(gè)Map對(duì)象

Map<Animal,Animal> map

此時(shí)我們可以自己計(jì)算一下一個(gè)Node對(duì)象需要的內(nèi)存大小對(duì)象頭12Byte+實(shí)例數(shù)據(jù)16Byte+對(duì)其填充4Byte=32Byte候学，當(dāng)然這里的key和value的值還需要另算藕筋，因?yàn)镹ode對(duì)象此時(shí)存放的僅僅是他們的引用而已。一個(gè)Animal對(duì)象所占用內(nèi)存大小我們上面也說(shuō)了是16Byte梳码，所以這里一個(gè)Node對(duì)象占用的大小為32Byte+16Byte+16Byte=64Byte隐圾。

下面我們用實(shí)際例子來(lái)驗(yàn)證下我們的猜想

Map<Animal,Animal> map = new HashMap<>(20000000);
for (int i = 0; i < 20000000; i++) {
    map.put(new Animal(),new Animal());
}

上面的例子在一個(gè)Map對(duì)象中存放二千萬(wàn)條數(shù)據(jù)，計(jì)算大概在內(nèi)存中占用多少內(nèi)存掰茶。

• 數(shù)組占用內(nèi)存大邢静亍：我們先來(lái)計(jì)算一下數(shù)組占了多少，這里有個(gè)小知識(shí)點(diǎn)濒蒋，在HashMap中初始化大小是按照2的倍數(shù)來(lái)的盐碱，比如你定義了大小為60，那么系統(tǒng)會(huì)給你初始化大小為64沪伙。所以我們定義為二千萬(wàn)瓮顽，系統(tǒng)其實(shí)是會(huì)給我們初始化為33554432，所以此時(shí)僅僅HashMap中數(shù)組就占用了將近132MB
• 數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大形稹：我們上面計(jì)算了一個(gè)Node節(jié)點(diǎn)占用了64Byte暖混，那么兩千萬(wàn)條數(shù)據(jù)就占用了1280MB

兩個(gè)占用內(nèi)存大小相加我們可以知道大概系統(tǒng)中占用了1.4G內(nèi)存的大小。那么事實(shí)是否是我們想象的呢翁授？我們運(yùn)行程序可以看到內(nèi)存大小如圖所示拣播。可以看到結(jié)果確實(shí)和我們猜想的一樣收擦。

image

總結(jié)

回歸到上面所說(shuō)的需求贮配，幾百萬(wàn)數(shù)據(jù)放到內(nèi)存中會(huì)把內(nèi)存撐爆嗎？這時(shí)候你可以通過(guò)自己的計(jì)算得到炬守。最終我們那個(gè)需求經(jīng)過(guò)我算出來(lái)其實(shí)占用內(nèi)存量幾百兆牧嫉，對(duì)于4個(gè)G的堆內(nèi)存來(lái)說(shuō)其實(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)還沒(méi)達(dá)到撐爆的地步。所以有時(shí)候我們對(duì)任何東西都要存在懷疑的態(tài)度。大家可以到GitHub中下載代碼自己在本地跑一下監(jiān)測(cè)一下酣藻，并且可以自己定義幾個(gè)對(duì)象然后計(jì)算看是不是和圖中的內(nèi)存大小一致曹洽。這樣才能記憶更深刻。送給大家一句話從來(lái)如此辽剧，便對(duì)嗎送淆？。其實(shí)我寫的文章里面也留了一個(gè)小坑怕轿，大家可以試著找找偷崩，是在對(duì)集合進(jìn)行初始化計(jì)算那一塊。

項(xiàng)目源碼地址

有感興趣的可以關(guān)注一下我新建的公眾號(hào)撞羽，搜索[程序猿的百寶袋]阐斜。或者直接掃下面的碼也行诀紊。

image

參考

• How The Strings Are Stored In The Memory?
• 一個(gè)Java對(duì)象和Hashmap對(duì)象占用多大內(nèi)存