Java 對象內存佈局與大小計算實戰指南

前言

你能準確算出 new String("abc") 在 64 位 JDK 7 中佔用多少內存嗎？（壓縮指針 48B，未壓縮 64B）。本文將系統梳理 HotSpot VM 中對象的內存結構，並通過 Instrumentation API 實測驗證理論計算。

對象內存三大區域

1. 對象頭：包含 Mark Word（HashCode、GC 年齡、鎖狀態等）與類型指針。32 位 8B，64 位未壓縮 16B，開啟壓縮 12B（Mark 8B + Klass 4B）。
2. 實例數據：字段數據，按聲明順序分配，父類字段在前。
3. 對齊填充：HotSpot 要求對象大小為 8 字節倍數，不足補齊。

基本類型與引用佔用

Instrumentation 測量實戰

Agent 打包步驟

1. 編寫 MySizeOf 類實現 premain 獲取 Instrumentation 實例
2. 打包為 agent.jar，Manifest 添加 Premain-Class: com.zzh.size.MySizeOf
3. 編譯測試類：javac -cp agent.jar ObjectSize.java
4. 運行：java -javaagent:agent.jar ObjectSize

實測案例分析（64位 JDK 7，默認開啟壓縮）

案例 1：基礎對象

new Object() = 12B Header + 4B Padding = 16B
// 壓縮關閉：16B Header + 4B 數據 + 4B Padding = 24B

案例 2：自定義類與包裝類

class A { int a; }      // 12 + 4 = 16B
class B { int a; int b; } // 12 + 8 = 20B → 24B (對齊)
Integer(1)              // 12 + 4 = 16B

案例 3：數組對象（額外 4B 存長度）

int[2]   = 12 + 4(len) + 2×4 = 24B
int[3]   = 12 + 4 + 12 = 28B → 32B
char[2]  = 12 + 4 + 4 = 20B → 24B
char[3]  = 12 + 4 + 6 = 22B → 24B

案例 4：String 詳細拆解（JDK 7）

String 字段：char[] value, int hash, int hash32

sizeOf("a")      = 12 + 4×2 + 4 = 24B
fullSizeOf("a")  = 24B(String) + 24B(char[1]) = 48B
fullSizeOf("aaaaa") = 24B + 32B(char[5]) = 56B

// 未壓縮情況：64B / 72B

空 String 最小 40B（壓縮）/ 56B（未壓縮），建議優先使用基本類型而非包裝類。

附：核心測量代碼片段

public static long sizeOf(Object obj) {
    return inst.getObjectSize(obj); // 僅計算對象本體
}

public static long fullSizeOf(Object obj) throws IllegalAccessException {
    // 遞歸計算引用鏈上所有對象大小
    Set<Object> visited = new HashSet<>();
    Deque<Object> queue = new ArrayDeque<>();
    queue.add(obj);
    long size = 0;
    while (!queue.isEmpty()) {
        Object cur = queue.poll();
        if (cur == null || !visited.add(cur)) continue;
        size += inst.getObjectSize(cur);
        // 掃描字段與數組元素入隊...
    }
    return size;
}

結語

掌握對象內存佈局有助於優化大數據場景下的內存佔用，也是 JVM 調優的基礎功力。