java.lang.instrument: 一个Java对象占用多少字节？

一、对象头包括两部分信息：Mark Word（标记字段）和 Klass Pointer（类型指针）

1. Mark Word 用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程 ID、偏向时间戳等等。

JVM 对象头一般占用两个机器码，在 32-bit JVM 上占用 64bit， 在 64-bit JVM 上占用 128bit 即 16 bytes（暂不考虑开启压缩指针的场景）。

另外，如果对象是一个 Java 数组，那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据，因为虚拟机可以通过普通 Java 对象的元数据信息确定 Java 对象的大小，但是从数组的元数据中无法确定数组的大小。

对象需要存储的运行时数据很多，其实已经超出了32、64位 Bitmap 结构所能记录的限度，但是对象头信息是与对象自身定义的数据无关的额外存储成本，考虑到虚拟机的空间效率，Mark Word 被设计成一个非固定的数据结构以便在极小的空间内存储尽量多的信息，它会根据对象的状态复用自己的存储空间。

例如在 32 位的HotSpot 虚拟机中对象未被锁定的状态下，Mark Word 的 32个Bits 空间中的 25Bits 用于存储对象哈希码（HashCode），4Bits 用于存储对象分代年龄，2Bits 用于存储锁标志位，1Bit固定为0，在其他状态（轻量级锁定、重量级锁定、GC标记、可偏向）下对象的存储内容如下表所示。

存储内容	标志位	状态
对象哈希码、对象分代年龄	01	未锁定
指向锁记录的指针	00	轻量级锁定
指向重量级锁的指针	10	膨胀（重量级锁定）
空，不需要记录信息	11	GC标记
偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄	01	可偏向

1. Klass Pointer，即是对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

二、UseCompressOops

通常64位JVM消耗的内存会比32位的大1.5倍，这是因为对象指针在64位架构下，长度会翻倍（更宽的寻址）。
对于那些将要从32位平台移植到64位的应用来说，平白无辜多了1/2的内存占用，这是开发者不愿意看到的。
幸运的是，从JDK 1.6 update14开始，64 bit JVM正式支持了 -XX:+UseCompressedOops 这个可以压缩指针，起到节约内存占用的新参数。

1. 什么是 OOP ?

OOP = “ordinary object pointer” 普通对象指针。

启用CompressOops后，会压缩的对象：
• 每个Class的属性指针（静态成员变量）
• 每个对象的属性指针
• 普通对象数组的每个元素指针

当然，压缩也不是万能的，针对一些特殊类型的指针，JVM是不会优化的。
比如指向PermGen的Class对象指针，本地变量，堆栈元素，入参，返回值，NULL指针不会被压缩。

2. 怎么启用？

在启动java时，加 -XX:+UseCompressedOops (需要jdk1.6.0_14)

3. CompressedOops的原理

当对象被读取时，解压，存入heap时，压缩。

4. 零基压缩优化(Zero Based Compressd Oops)

零基压缩是针对压解压动作的进一步优化。
它通过改变正常指针的随机地址分配特性，强制从零开始做分配（需要OS支持），进一步提高了压解压效率。

要启用零基压缩，你分配给JVM的内存大小必须控制在4G以上，32G以下。
如果小于4G，那么JVM会使用低虚拟地址空间（low virutal address space，64位下模拟32位），这样就不需要做压解压动作了。
而对于大于32G，将采用默认的随机地址分配特性，进行压解压。

5. 适用场景

CompressedOops，可以让跑在64位平台下的JVM，不需要因为更宽的寻址，而付出Heap容量损失的代价。
不过，它的实现方式是在机器码中植入压缩与解压指令，可能会给JVM增加额外的开销。

6. 效果

　　　　　　                           关闭压缩           启用压缩

基本类型 (int)                               4                      4

引用类型 (Integer)                        4                       8

数组（new Integer[0]）                16                      24

   /**
     * -XX:+UseCompressedOops: mark/4 + metedata/8 + 4 = 16
     * -XX:-UseCompressedOops: mark/8 + metedata/8 + 4 + padding/4 = 24
     */
    class A {
        int a;
    }  

    /**
     * -XX:+UseCompressedOops: mark/4 + metedata/8 + 4 + 4 + padding/4 = 24
     * -XX:-UseCompressedOops: mark/8 + metedata/8 + 4 + 4 = 24
     */
    class B1 {
        int a;
        int b;
    }  

    /**
     * -XX:+UseCompressedOops: mark/4 + metedata/8 + 4 + 4 + padding/4 = 24
     * -XX:-UseCompressedOops: mark/8 + metedata/8 + 8 + 4 + padding/4 = 32
     */
    class B2 {
        int b2a;
        Integer b2b;
    } 

三、验证

1.

import java.lang.instrument.Instrumentation;

public class ObjectSizeFetcher {
    private static Instrumentation instrumentation;

    public static void premain(String args, Instrumentation inst) {
        instrumentation = inst;
    }

    public static long getObjectSize(Object o) {
        return instrumentation.getObjectSize(o);
    }
}

Add the following to your MANIFEST.MF:

Premain-Class: ObjectSizeFetcher

测试对象

public class Cat {
    private int x;
    private int y;

    public static void main(String [] args) {
        System.out.println(ObjectSizeFetcher.getObjectSize(new Cat()));
    }
}

5.调用

java -javaagent:ObjectSizeFetcherAgent.jar Cat

6.jol-cli-0.8-full.jar 工具

java -jar jol-cli-0.8-full.jar internals java.lang.Long

java -jar jol-cli-0.8-full.jar internals java.util.HashMap

参考：

HotSpotVM 对象机制实现浅析

一个Java对象占用多少字节？