Java lang object size

Размер Java объектов

Знаете сколько в памяти занимает строка? Каких только я не слышал ответов на этот вопрос, начиная от «не знаю» до «2 байта * количество символов в строке». А сколько тогда занимает пустая строка? А знаете сколько занимает объект класса Integer? А сколько будет занимать Ваш собственный объект класса с тремя Integer полями? Забавно, но ни один мой знакомый Java программист не смог ответить на эти вопросы… Да, большинству из нас это вообще не нужно и никто в реальных java проектах не будет об этом думать. Но это, ведь, как не знать объем двигателя машины на которой Вы ездите. Вы можете быть прекрасным водителем и даже не подозревать о том, что значат цифры 2.4 или 1.6 на вашей машине. Но я уверен, что найдется мало людей, которые не знакомы со значением этих цифр. Так почему же java программисты так мало знают об этой части своего инструмента?

Integer vs int

Все мы знаем, что в java — everything is an object. Кроме, пожалуй, примитивов и ссылок на сами объекты. Давайте рассмотрим две типичных ситуации:

//первый случай int a = 300; //второй случай Integer b = 301; 

В этих простых строках разница просто огромна, как для JVM так и для ООП. В первом случае, все что у нас есть — это 4-х байтная переменная, которая содержит значение из стека. Во втором случае у нас есть ссылочная переменная и сам объект, на который эта переменная ссылается. Следовательно, если в первом случае мы определено знаем, что занимаемый размер равен:

sizeOf(reference) + sizeOf(Integer) 

Забегая вперед скажу — во втором случае количество потребляемой памяти приблизительно в 5 раз больше и зависит от JVM. А теперь давайте разберемся, почему разница настолько огромна.

Из чего же состоит объект?

• Заголовок объекта;
• Память для примитивных типов;
• Память для ссылочных типов;
• Смещение/выравнивание — по сути, это несколько неиспользуемых байт, что размещаются после данных самого объекта. Это сделано для того, чтобы адрес в памяти всегда был кратным машинному слову, для ускорения чтения из памяти + уменьшения количества бит для указателя на объект + предположительно для уменьшения фрагментации памяти. Стоит также отметить, что в java размер любого объекта кратен 8 байтам!

Структура заголовка объекта

• Маркировочное слово (mark word) — к сожалению мне так и не удалось найти назначение этой информации, подозреваю что это просто зарезервированная на будущее часть заголовка.
• Hash Code — каждый объект имеет хеш код. По умолчанию результат вызова метода Object.hashCode() вернет адрес объекта в памяти, тем не менее некоторые сборщики мусора могут перемещать объекты в памяти, но хеш код всегда остается одним и тем же, так как место в заголовке объекта как раз может быть использовано для хранения оригинального значения хеш кода.
• Garbage Collection Information — каждый java объект содержит информацию нужную для системы управления памятью. Зачастую это один или два бита-флага, но также это может быть, например, некая комбинация битов для хранения количества ссылок на объект.
• Type Information Block Pointer — содержит информацию о типе объекта. Этот блок включает информацию о таблице виртуальных методов, указатель на объект, который представляет тип и указатели на некоторые дополнительные структуры, для более эффективных вызовов интерфейсов и динамической проверки типов.
• Lock — каждый объект содержит информацию о состоянии блокировки. Это может быть указатель на объект блокировки или прямое представление блокировки.
• Array Length — если объект — массив, то заголовок расширяется 4 байтами для хранения длины массива.

Спецификация Java

Известно, что примитивные типы в Java имеют предопределенный размер, этого требует спецификация для переносимости кода. Поэтому не будем останавливаться на примитивах, так как все прекрасно описано по ссылке выше. А что же говорит спецификация для объектов? Ничего, кроме того, что у каждого объекта есть заголовок. Иными словами, размеры экземпляров Ваших классов могут отличатся от одной JVM к другой. Собственно, для простоты изложения я буду приводить примеры на 32-х разрядной Oracle HotSpot JVM. А теперь давайте разберем самые используемые классы Integer и String.

Integer и String

Итак, давайте попробуем подсчитать сколько же будет занимать объект класса Integer в нашей 32-х разрядной HotSpot JVM. Для этого нужно будет заглянуть в сам класс, нам интересны все поля, которые не объявлены как static. Из таких видим только одно — int value. Теперь исходя из информации выше получаем:

Заголовок: 8 байт Поле int: 4 байта Выравнивание для кратности 8 : 4 байта Итого: 16 байт 

 private final char value[]; private final int offset; private final int count; private int hash; 

Заголовок: 8 байт Поля int: 4 байта * 3 == 12 байт Ссылочная переменная на объект массива: 4 байта Итого: 24 байта 

Ну и это еще не все… Так как строка содержит ссылку на массив символов, то, по сути, мы имеем дело с двумя разными объектами — объектом класса String и самим массивом, который хранит строку. Это, как бы, верно с точки зрения ООП, но если посмотреть на это со стороны памяти, то к полученному размеру нужно добавить и размер выделенного для символов массива. А это еще 12 байт на сам объект массива + 2 байта на каждый символ строки. Ну и, конечно же, не забываем добавлять выравнивание для кратности 8 байтам. Итого в конечном итоге простая, казалось бы, строка new String(«a») выливается в:

new String() Заголовок: 8 байт Поля int: 4 байта * 3 == 12 байт Ссылочная переменная на объект массива: 4 байта Итого: 24 байта new char[1] Заголовок: 8 байт + 4 байта на длину массива == 12 байт Примитивы char: 2 байта * 1 == 2 байта Выравнивание для кратности 8 : 2 байта Итого: 16 байта Итого, new String("a") == 40 байт 

Важно отметить, что new String(«a») и new String(«aa») будут занимать одинаковое количество памяти. Это важно понимать. Типичный пример использования этого факта в свою пользу — поле hash в классе String. Если бы его не было, то объект строки так или иначе занимал бы 24 байта, за счет выравнивания. А так получается что для этих 4-х байтов нашлось очень достойное применение. Гениальное решение, не правда ли?

Размер ссылки

Немножко хотел бы оговорится о ссылочных переменных. В принципе, размер ссылки в JVM зависит от ее разрядности, подозреваю, что для оптимизации. Поэтому в 32-х разрядных JVM размер ссылки обычно 4 байта, а в 64-х разрядных — 8 байт. Хотя это условие и не обязательно.

Группировка полей

• 1. 8-ми байтовые типы(double и long)
• 2. 4-х байтовые типы(int и float)
• 3. 2-х байтовые типы(short и char)
• 4. Одно байтовые типы(boolean и byte)
• 5. Ссылочные переменные

Зачем все это?

Иногда возникает ситуация в которой Вам необходимо прикинуть приблизительный объем памяти для хранения тех или иных объектов, например словаря, эта маленькая справка поможет быстро сориентироваться. Также, это потенциально возможный способ оптимизации, особенно в том окружении, где доступ к его настройкам не доступен.

Выводы

Тема памяти в java очень интересна и обширна, когда я начинал писать эту статью, то думал что уложусь в пару примеров с выводами. Но чем дальше и глубже копаешь, тем больше и интересней становится. Вообще, знать как выделяется память для объектов очень полезная вещь, так как поможет Вам сэкономить память, предотвратить подобные проблемы или оптимизировать вашу программу в местах, где это казалось невозможным. Конечно, места где можно использовать такие оптимизации — очень редки, но все же… Надеюсь статья была Вам интересной.

Источник