JVM 系列之:String, 数组和集合类的内存占用大小

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发布于: 2020 年 07 月 21 日

简介之前的文章中，我们使用JOL工具简单的分析过String,数组和集合类的内存占用情况，这里再做一次更详细的分析和介绍，希望大家后面再遇到OOM问题的时候不再抱头痛哭，而是可以有章可循，开始吧。
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数组先看下JOL的代码和输出：
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//byte array
log.info("{}",ClassLayout.parseInstance("www.flydean.com".getBytes()).toPrintable());
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输出结果：
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INFO com.flydean.CollectionSize - [B 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)                           22 13 07 00 (00100010 00010011 00000111 00000000) (463650)
     12     4        (object header)                           0f 00 00 00 (00001111 00000000 00000000 00000000) (15)
     16    15   byte [B.<elements>                             N/A
     31     1        (loss due to the next object alignment)
Instance size: 32 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 1 bytes external = 1 bytes total
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注意，本文的结论都在64位的JVM中运行得出了，并且开启了COOPs压缩对象指针技术。
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可以看到数组对象的对象头大小是16字节，再加上数组里面的内容长度是15字节，再加上1位补全。最后得到的大小是32字节。
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同样的，我们计算存有100个对象的数组，可以得到下面的结论：
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注意最后面的Object数组，如果数组中存储的不是基础类型，那么实际上存储的是执行该对象的指针，该指针大小是4个字节。
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StringString是一个非常特殊的对象，它的底层是以byte数组存储的。
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注意，在JDK9之前，String的底层存储结构是char[],一个char需要占用两个字节的存储单位。
因为大部分的String都是以Latin-1字符编码来表示的，只需要一个字节存储就够了，两个字节完全是浪费。
于是在JDK9之后，字符串的底层存储变成了byte[]。
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同样的我们还是用JOL来分析：
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//String
log.info("{}",ClassLayout.parseInstance("www.flydean.com").toPrintable());
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输出结果：
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INFO com.flydean.CollectionSize - java.lang.String object internals:
 OFFSET  SIZE      TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4           (object header)                           05 00 00 00 (00000101 00000000 00000000 00000000) (5)
      4     4           (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4           (object header)                           77 1a 06 00 (01110111 00011010 00000110 00000000) (399991)
     12     4    byte[] String.value                              [119, 119, 119, 46, 102, 108, 121, 100, 101, 97, 110, 46, 99, 111, 109]
     16     4       int String.hash                               0
     20     1      byte String.coder                              0
     21     1   boolean String.hashIsZero                         false
     22     2           (loss due to the next object alignment)
Instance size: 24 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 2 bytes external = 2 bytes total
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可以看到String中的对象头是12字节，然后加上4字节的指针指向一个byte数组。再加上hash，coder，和hasIsZero属性，最后的大小是24字节。
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我这里使用的是JDK14的String版本，不同的版本可能有所不同。
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当然这只是这个String对象的大小，不包含底层数组的大小。
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我们来计算一下String对象的真实大小：
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String对象的大小+byte数组的大小=24+32=56字节。
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ArrayList我们构建一个非常简单的ArrayList：
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//Array List
log.info("{}",ClassLayout.parseInstance(new ArrayList()).toPrintable());
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输出结果：
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INFO com.flydean.CollectionSize - java.util.ArrayList object internals:
 OFFSET  SIZE                 TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4                      (object header)                           05 00 00 00 (00000101 00000000 00000000 00000000) (5)
      4     4                      (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4                      (object header)                           87 81 05 00 (10000111 10000001 00000101 00000000) (360839)
     12     4                  int AbstractList.modCount                     0
     16     4                  int ArrayList.size                            0
     20     4   java.lang.Object[] ArrayList.elementData                     []
Instance size: 24 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total
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画个图来直观的表示：
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这里modCount和size的初始值都是0。
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HashMap因为文章篇幅的限制，这里就不把代码列出来了，我只贴个图上来：
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HashSet﻿
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LinkedList﻿
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treeMap来个比较复杂的TreeMap：
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总结本文用图形的形式形象的展示了集合对象，数组和String在内存中的使用情况。
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后面的几个集合我就没有一一计算，有兴趣的朋友可以在下方回复你计算的结果哟。
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本文作者：flydean程序那些事
本文链接：http://www.flydean.com/jvm-collections-size/
本文来源：flydean的博客
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