對象很大，你忍一下
本文轉載自微信公眾號「碼海」，作者坤哥。轉載本文請聯系碼海公眾號。
你好，我是坤哥
上一篇Java 進階之字節碼剖析中我曾經提到這么一段話
int[128][2] ，int[256] 這兩個數組看起來一樣，但實際上前者比后者多了 246% 的額外開銷
針對這句話我收到了幾位讀者的私信，表示不明白為啥不過一個簡簡單的二維數組會有這么大的開銷，本來這個問題在我正在寫的類加載機制中有詳述，不過文章還沒寫完(估計本周發)，所以我專門抽出這個問題探討一下，五分鐘就能看懂
Java 對象模型
HotSpot JVM 底層使用名為 oops (Ordinary Object Pointers) 的數據結構來表示對象的對象頭
- class oopDesc {
- friend class VMStructs;
- private:
- volatile markOop _mark;
- union _metadata {
- Klass* _klass;
- narrowKlass _compressed_klass;
- } _metadata;
- ...
- }
JVM 每創建一個對象，相當于創建了一個 oopDesc 的對象，即 instanceOopDesc 來表示這個對象，保存在堆中，如下圖所示
可以看到 Java 對應主要由以下三部分組成
- 對象頭(Header)
- 對象實例數據(instance data)
- 對齊填充(Padding)
其中對象頭又包含三個部分
- markWord: 即 _mark:markOop，用于存儲對象運行時的數據，好比 HashCode、鎖狀態標志、GC分代年齡等。這部分在 64 位操作系統下占 8 字節，32 位操作系統下占 4 字節
- 指針：指向方法區中的類元數據(類信息)的指針，這部分就涉及到指針壓縮的概念，在開啟指針壓縮的狀況下占 4 字節，未開啟狀況下占 8 字節，默認是開啟的
數組長度：這部分只有是數組對象才有，若是非數組對象就沒這部分。這部分占 4 字節。
除此之外對象還有兩個部分值得我們注意
對象實例數據(instanceData): 用于存儲對象中的各種類型的字段信息(包括從父類繼承來的)
對齊填充：Java 對象大小默認按 8 字節對齊的，如果「對象頭」+「對象實際數據」不足8的位數，對齊填充會補齊相應的字節以讓對象大小達到 8 的倍數
Java 數組大小
知道了對象模型的表示，再來看數組的大小，首先必須明確兩點
在 Java 中數組是一種特殊的對象(也是對象，也有對象頭)
一個多維數組是一個簡單數組的數組， 例如，一個二維數組的每一行都是一個獨立的數組對象
接下來我們來看看一維數組 int[256] 在內存中有多大，一維數組其實可以認為是普通的對象，首先對象頭可以知道是 8(markword) + 4(kclass) + 4(數組長度)= 16 字節，對象實際數據大小為 256 * 4(int 大小為 4 個字節) = 1024 字節，所以此時總的字節數為 16 + 1024 = 1040 字節，是 8 的位數(1040/8 = 130)，所以 padding 為 0， 也就是說 int[256] 一維數組的字節大小為 1040 字節
再來看一下二維數組 int[128][2] 的大小，我們知道在 C 語言中二維數組(事實上是任何多維數組)本質上是一維數組通過指針操作來實現的，但在 Java 中多維數組是由一系列的嵌套數組組成，也就是說對于二維數組而言，每一行(int[0][…]，int[1][…]，…，int[127][…])都對應一個數組對象，都需要額外的開銷，一圖勝千言，如下所示
先來看左邊的對象大小：
數組的每一行 int[0]，int[1]，..int[127] 其實都是指向數組的指針，為 4 個字節，所以左邊對象占用空間大小為 16 + 4 * 128 = 528，是 8 的倍數(528/8 = 66)，所以 padding 為 0，所以總大小為 528
再來看左邊的 int[0] 等指向的數組對象大小：
由于左邊每個行數組的指向都指向了兩個元素的數組(int[x][0],int[x][1])，它們的對象大小為 16 + 4 + 4 = 24，是 8 的倍數，所以 padding 為 0 ，而總共有 128 個這樣的對象，所以右邊總的對象大小為 128 * 24 = 3072
由于可知 int[128][2] 對象大小為 528 + 3072 = 3600 字節，比一維數組 int[256](1024 字節)多了 246% !
上述計算的是否正確呢，我們可以用 JDK 自帶的 ObjectSizeCalculator 來計算一下，如下：
與我們的計算結果完全一致!
其實不光是二維數組，包括字節串，普通的對象開銷也一般會比對象實際數據大幾倍，到此我相信你不難明白上一篇中開頭這樣一段話的含義了：kafka 中為啥要使用 pageCache 了, 因為如果不用頁緩存，而是用 JVM 進程中的緩存，對象的內存開銷會非常大(通常是真實數據大小的幾倍甚至更多)
