java如何获取一个对象的大小

When---什么时候需要知道对象的内存大小

在内存足够用的情况下我们是不需要考虑java中一个对象所占内存大小的。但当一个系统的内存有限，或者某块程序代码允许使用的内存大小有限制，又或者设计一个缓存机制，当存储对象内存超过固定值之后写入磁盘做持久化等等，总之我们希望像写C一样，java也能有方法实现获取对象占用内存的大小。

How---java怎样获取对象所占内存大小

在回答这个问题之前，我们需要先了解java的基础数据类型所占内存大小。

数据类型	所占空间（byte）
byte	1
short	2
int	4
long	8
float	4
double	8
char	2
boolean	1

当然，java作为一种面向对象的语言，更多的情况需要考虑对象的内存布局，java对于对象所占内存大小需要分两种情况考虑：

对象类型	内存布局构成
一般非数组对象	8个字节对象头(mark) + 4/8字节对象指针 + 数据区 + padding内存对齐(按照8的倍数对齐)
数组对象	8个字节对象头(mark) + 4/8字节对象指针 + 4字节数组长度 + 数据区 + padding内存对齐(按照8的倍数对齐)

可以看到数组类型对象和普通对象的区别仅在于4字节数组长度的存储区间。而对象指针究竟是4字节还是8字节要看是否开启指针压缩。Oracle JDK从6 update 23开始在64位系统上会默认开启压缩指针
http://rednaxelafx.iteye.com/blog/1010079。如果要强行关闭指针压缩使用-XX:-UseCompressedOops,强行启用指针压缩使用: -XX:+UseCompressedOops。

接下来我们来举例来看实现java获取对象所占内存大小的方法：

假设我们有一个类的定义如下：

     private static class ObjectA {
         String str;   // 4
         int i1;       // 4
         byte b1;      // 1
         byte b2;      // 1
         int i2;       // 4
         ObjectB obj;  //4
         byte b3;      // 1
     }  

     private static class ObjectB {  

     }

如果我们直接按照上面掌握的java对象内存布局进行计算，则有：

Size(ObjectA) = Size(对象头(_mark)) + size(oop指针) + size(数据区)
Size(ObjectA) = 8 + 4 + 4(String) + 4(int) + 1(byte) + 1(byte) + 2(padding) + 4(int) + 4(ObjectB指针) + 1(byte) + 7(padding)
Size(ObjectA) = 40

我们直接通过两种获取java对象内存占用大小的方式来验证我们的计算是否正确。

方式1---通过Instrumentation来获取

这种方法得到的是Shallow Size，即遇到引用时，只计算引用的长度，不计算所引用的对象的实际大小。如果要计算所引用对象的实际大小，必须通过递归的方式去计算。
查看jdk的代码发现，Instrumentation是一个接口，本来我想的是可以直接定义一个类实现该接口。但是看了下该接口里面的方法瞬间傻眼。根本没法去重写。
calm down，原来Instrumentation接口的实例需要使用代理的方式来获得。具体步骤如下：

1. 编写 premain 函数

编写一个 Java 类，包含如下两个方法当中的任何一个
public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst); [1]
public static void premain(String agentArgs); [2]
其中，[1] 的优先级比 [2] 高，将会被优先执行（[1] 和 [2] 同时存在时，[2] 被忽略）。
在这个 premain 函数中，开发者可以进行对类的各种操作。
agentArgs 是 premain 函数得到的程序参数，随同 “– javaagent”一起传入。与 main 函数不同的是，这个参数是一个字符串而不是一个字符串数组，如果程序参数有多个，程序将自行解析这个字符串。
Inst 是一个 java.lang.instrument.Instrumentation 的实例，由 JVM 自动传入。java.lang.instrument.Instrumentation 是 instrument 包中定义的一个接口，也是这个包的核心部分，集中了其中几乎所有的功能方法，例如类定义的转换和操作等。

 package instrumentation.test;

 import java.lang.instrument.Instrumentation;

 public class ObjectShallowSize {
     private static Instrumentation inst;  

     public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instP){
         inst = instP;
     }  

     public static long sizeOf(Object obj){
         return inst.getObjectSize(obj);
     }
 }

2. 在META-INF下面新建MANIFEST.MF文件，并且指定

Manifest-Version: 1.0
Premain-Class: instrumentation.test.ObjectShallowSize

3. 通过eclipse->export->jar->next->next,然后选中定制的 MANIFEST.MF 文件，进行jar打包。

4. 给需要使用ObjectShallowSize的工程引入该jar包，并通过代码测试对象所占内存大小：

System.out.println(ObjectShallowSize.sizeOf(new ObjectA())); // 
5. 在运行调用ObjectShallowSize.sizeof的类的工程中加上刚打的jar包依赖，同时eclipse里面run configuration,在VM arguments中添加（标红部分为jar包的绝对路径）：

-javaagent:E:/software/instrumentation-sizeof.jar

方式2---使用Unsafe来获取

关于Unsafe的使用，后面我会专门开一个专题来详细讲述，这里暂时让我们来见识下Unsafe的神奇之处。

     private final static Unsafe UNSAFE;
     // 只能通过反射获取Unsafe对象的实例
     static {
         try {
             UNSAFE = (Unsafe) Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe").get(null);
         } catch (Exception e) {
             throw new Error();
         }
     }

     Field[] fields = ObjectA.class.getDeclaredFields();
     for (Field field : fields) {
     　　System.out.println(field.getName() + "---offSet:" + UNSAFE.objectFieldOffset(field));
     }

输出结果为：

str---offSet:24
i1---offSet:12
b1---offSet:20
b2---offSet:21
i2---offSet:16
obj---offSet:28
b3---offSet:22

我们同样可以算得对象实际占用的内存大小：

Size(ObjectA) = Size(对象头(_mark)) + size(oop指针) + size(排序后数据区)  =  8 + 4 + (28+4-12)  =  32.

我们再回过头来，看我们在通过代码获取对象所占内存大小之前的预估值40。比我们实际算出来的值多了8个字节。通过Unsafe打印的详细信息，我们不难想到这其实是由hotspot创建对象时的排序决定的：

HotSpot创建的对象的字段会先按照给定顺序排列,默认的顺序为：从长到短排列，引用排最后: long/double –> int/float –> short/char –> byte/boolean –> Reference。

所以我们重新计算对象所占内存大小得：

Size(ObjectA) = Size(对象头(_mark)) + size(oop指针) + size(排序后数据区)
Size(ObjectA) = 8 + 4 + 4(int) + 4(int) + byte(1) + byte(1) + 2(padding) + 4(String) + 4(ObjectB指针)
Size(ObjectA) = 32

与上面计算结果一致。

Deeper---深入分析的一个例子：

以下代码摘抄自原链接：

 package test;

 import java.lang.reflect.Array;
 import java.lang.reflect.Field;
 import java.lang.reflect.Modifier;
 import java.util.ArrayList;
 import java.util.Arrays;
 import java.util.Collections;
 import java.util.HashMap;
 import java.util.IdentityHashMap;
 import java.util.List;
 import java.util.Map;

 import sun.misc.Unsafe;

 public class ClassIntrospector {

     private static final Unsafe unsafe;
     /** Size of any Object reference */
     private static final int objectRefSize;
     static {
         try {
             Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
             field.setAccessible(true);
             unsafe = (Unsafe) field.get(null);  

             // 可以通过Object[]数组得到oop指针究竟是压缩后的4个字节还是未压缩的8个字节
             objectRefSize = unsafe.arrayIndexScale(Object[].class);
         } catch (Exception e) {
             throw new RuntimeException(e);
         }
     }  

     /** Sizes of all primitive values */
     private static final Map<Class<?>, Integer> primitiveSizes;  

     static {
         primitiveSizes = new HashMap<Class<?>, Integer>(10);
         primitiveSizes.put(byte.class, 1);
         primitiveSizes.put(char.class, 2);
         primitiveSizes.put(int.class, 4);
         primitiveSizes.put(long.class, 8);
         primitiveSizes.put(float.class, 4);
         primitiveSizes.put(double.class, 8);
         primitiveSizes.put(boolean.class, 1);
     }  

     /**
      * Get object information for any Java object. Do not pass primitives to
      * this method because they will boxed and the information you will get will
      * be related to a boxed version of your value.
      *
      * @param obj
      *            Object to introspect
      * @return Object info
      * @throws IllegalAccessException
      */
     public ObjectInfo introspect(final Object obj)
             throws IllegalAccessException {
         try {
             return introspect(obj, null);
         } finally { // clean visited cache before returning in order to make
                     // this object reusable
             m_visited.clear();
         }
     }  

     // we need to keep track of already visited objects in order to support
     // cycles in the object graphs
     private IdentityHashMap<Object, Boolean> m_visited = new IdentityHashMap<Object, Boolean>(
             100);  

     private ObjectInfo introspect(final Object obj, final Field fld)
             throws IllegalAccessException {
         // use Field type only if the field contains null. In this case we will
         // at least know what's expected to be
         // stored in this field. Otherwise, if a field has interface type, we
         // won't see what's really stored in it.
         // Besides, we should be careful about primitives, because they are
         // passed as boxed values in this method
         // (first arg is object) - for them we should still rely on the field
         // type.
         boolean isPrimitive = fld != null && fld.getType().isPrimitive();
         boolean isRecursive = false; // will be set to true if we have already
                                         // seen this object
         if (!isPrimitive) {
             if (m_visited.containsKey(obj))
                 isRecursive = true;
             m_visited.put(obj, true);
         }  

         final Class<?> type = (fld == null || (obj != null && !isPrimitive)) ? obj
                 .getClass() : fld.getType();
         int arraySize = 0;
         int baseOffset = 0;
         int indexScale = 0;
         if (type.isArray() && obj != null) {
             baseOffset = unsafe.arrayBaseOffset(type);
             indexScale = unsafe.arrayIndexScale(type);
             arraySize = baseOffset + indexScale * Array.getLength(obj);
         }  

         final ObjectInfo root;
         if (fld == null) {
             root = new ObjectInfo("", type.getCanonicalName(), getContents(obj,
                     type), 0, getShallowSize(type), arraySize, baseOffset,
                     indexScale);
         } else {
             final int offset = (int) unsafe.objectFieldOffset(fld);
             root = new ObjectInfo(fld.getName(), type.getCanonicalName(),
                     getContents(obj, type), offset, getShallowSize(type),
                     arraySize, baseOffset, indexScale);
         }  

         if (!isRecursive && obj != null) {
             if (isObjectArray(type)) {
                 // introspect object arrays
                 final Object[] ar = (Object[]) obj;
                 for (final Object item : ar)
                     if (item != null)
                         root.addChild(introspect(item, null));
             } else {
                 for (final Field field : getAllFields(type)) {
                     if ((field.getModifiers() & Modifier.STATIC) != 0) {
                         continue;
                     }
                     field.setAccessible(true);
                     root.addChild(introspect(field.get(obj), field));
                 }
             }
         }  

         root.sort(); // sort by offset
         return root;
     }  

     // get all fields for this class, including all superclasses fields
     private static List<Field> getAllFields(final Class<?> type) {
         if (type.isPrimitive())
             return Collections.emptyList();
         Class<?> cur = type;
         final List<Field> res = new ArrayList<Field>(10);
         while (true) {
             Collections.addAll(res, cur.getDeclaredFields());
             if (cur == Object.class)
                 break;
             cur = cur.getSuperclass();
         }
         return res;
     }  

     // check if it is an array of objects. I suspect there must be a more
     // API-friendly way to make this check.
     private static boolean isObjectArray(final Class<?> type) {
         if (!type.isArray())
             return false;
         if (type == byte[].class || type == boolean[].class
                 || type == char[].class || type == short[].class
                 || type == int[].class || type == long[].class
                 || type == float[].class || type == double[].class)
             return false;
         return true;
     }  

     // advanced toString logic
     private static String getContents(final Object val, final Class<?> type) {
         if (val == null)
             return "null";
         if (type.isArray()) {
             if (type == byte[].class)
                 return Arrays.toString((byte[]) val);
             else if (type == boolean[].class)
                 return Arrays.toString((boolean[]) val);
             else if (type == char[].class)
                 return Arrays.toString((char[]) val);
             else if (type == short[].class)
                 return Arrays.toString((short[]) val);
             else if (type == int[].class)
                 return Arrays.toString((int[]) val);
             else if (type == long[].class)
                 return Arrays.toString((long[]) val);
             else if (type == float[].class)
                 return Arrays.toString((float[]) val);
             else if (type == double[].class)
                 return Arrays.toString((double[]) val);
             else
                 return Arrays.toString((Object[]) val);
         }
         return val.toString();
     }  

     // obtain a shallow size of a field of given class (primitive or object
     // reference size)
     private static int getShallowSize(final Class<?> type) {
         if (type.isPrimitive()) {
             final Integer res = primitiveSizes.get(type);
             return res != null ? res : 0;
         } else
             return objectRefSize;
     }
 }

下面来分析ObjectC所占内存大小：

 package test;

 public class IntrospectorTest {
     private static class ObjectC {
         ObjectD[] array = new ObjectD[2];
     }  

     private static class ObjectD {
         int value;
     }  

     public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException {
         final ClassIntrospector ci = new ClassIntrospector();
         ObjectInfo res = ci.introspect(new ObjectC());
         System.out.println( res.getDeepSize() );
     }
 }

代码输出为：40。

下面我们来分析下ObjectC的内存布局：

ShallowSize(ObjectC) = Size(对象头) + Size(oop指针) + Size(内容) + Size(对齐)

ShallowSize(ObjectC) = 8 + 4 + 4(ObjectD[]数组引用) =16

Size(ObjectD[] arr) = 8(数组对象头) + 4(oop指针) + 4(数组长度) + 4(ObjectD[0]对象引用) + 4(ObjectD[1]对象引用) = 24

因为arr没有具体赋值，所以此时具体引用的为null，不占用内存。否则需要再次计算ObjectD的内存最后想加。

所以总共得到：Size(ObjectC) = ShallowSize(ObjectC) + Size(ObjectD[] arr)  = 40。

参考链接：

http://blog.csdn.net/antony9118/article/details/54317637
https://www.cnblogs.com/licheng/p/6576644.html