分析java对象内存占用

JVM的分代GC法非常适合处理小而短命的对象，这类对象可以很快的在minor GC后清除;但是日常开发中经常需要缓存一些对象，这些对象在经过几次MinorGC后最终会进入老年代;如果这些对象占用太多的内存则会出现OOM，所以应该限制缓存对象集合的内存占用，这样我们就需要计算出每个对象所占用的内存。

怎样计算一个对象的内存呢？ 首先需要明白对象的内存结构。
对象的内存结构分为三大块，Head,Body和Padding。

• Head：

  • class引用：Object中定义getClass()方法来获取对象的Class对象，大家知道class对象是保存在方法区的，也就是说对象中保存着指向class对象的引用，这个引用就在Head中。

    一个引用在32位系统中占用4byte,在64位系统中占用8byte

  • MarkWord ：Head中还存放一些其他信息：是否加锁，GC标志位，MinorGC次数，对象hashcode等，这部分空间通常叫作叫MarkWord（32位系统中占用4byte,在64位系统中占用8byte）。

  • 如果对象是数组，head中还存储这数组的长度（4byte）
• Body：就是对象非static属性所占的空间 (static属性存放在方法区)
• Padding：java对象以8字节对齐在内存中，如果对象的占用不是8字节的倍数，则会补齐为8的倍数。-padding就是用来补齐的空间

知道了对象的内存结构，就可以计算出对象的内存占用
以一个64位系统中的Integer为例，
1. 计算Head区，8+8=16 (byte),
2. 计算Body区，查看Integer 的源码发现Integer类中只存在一个非static属性 private final int value; 所以Body占4字节，
3. 加入Padding，这样head+body=16+4=20,计算出的位数并不是8的倍数，所以加入4byte padding凑齐。
这样下来一个Integer占用的内存为Header+Body+Padding=16+4+4=24(byte)

对于Integer这种非常简单的类计算非常简单，如果类中存在继承关系，还需计算父类的属性。

这样计算太麻烦了，还好从JDK1.5以后引入了一个Instrumentation接口，调用

Instrumentation#getObjectSize(Object objectToSize)

就可以轻松的计算一个对象的内存大小。

下面是一个对于Instrumentation 对象的封装

/**
 *  Instrumentation agent used 
 *  from : http://www.jroller.com/maxim/entry/again_about_determining_size_of
 */
public class SizeOfAgent {

    static Instrumentation inst;

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

    /**
     * Returns object size without member sub-objects.
     * @param o object to get size of
     * @return object size
     */
    public static long sizeOf(Object o) {
        if(inst == null) {
            throw new IllegalStateException("Can not access instrumentation environment.\n" +
                                        "Please check if jar file containing SizeOfAgent class is \n" +
                                        "specified in the java's \"-javaagent\" command line argument.");
        }
        return inst.getObjectSize(o);
    }

    /**
     * Calculates full size of object iterating over
     * its hierarchy graph.
     * @param obj object to calculate size of
     * @return object size
     */
    public static long fullSizeOf(Object obj) {
        Map<Object, Object> visited = new IdentityHashMap<Object, Object>();
        Stack<Object> stack = new Stack<Object>();

        long result = internalSizeOf(obj, stack, visited);
        while (!stack.isEmpty()) {
            result += internalSizeOf(stack.pop(), stack, visited);
        }
        visited.clear();
        return result;
    }               

    private static boolean skipObject(Object obj, Map<Object, Object> visited) {
        if (obj instanceof String) {
            // skip interned string
            if (obj == ((String) obj).intern()) {
                return true;
            }
        }
        return (obj == null) // skip visited object
                || visited.containsKey(obj);
    }

    private static long internalSizeOf(Object obj, Stack<Object> stack, Map<Object, Object> visited) {
        if (skipObject(obj, visited)){
            return 0;
        }
        visited.put(obj, null);

        long result = 0;
        // get size of object + primitive variables + member pointers 
        result += SizeOfAgent.sizeOf(obj);

        // process all array elements
        Class clazz = obj.getClass();
        if (clazz.isArray()) {
            if(clazz.getName().length() != 2) {// skip primitive type array
                int length =  Array.getLength(obj);
                for (int i = 0; i < length; i++) {
                    stack.add(Array.get(obj, i));
                } 
            }       
            return result;
        }

        // process all fields of the object
        while (clazz != null) {
            Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();
            for (int i = 0; i < fields.length; i++) {
                if (!Modifier.isStatic(fields[i].getModifiers())) {
                    if (fields[i].getType().isPrimitive()) {
                        continue; // skip primitive fields
                    } else {
                        fields[i].setAccessible(true);
                        try {
                            // objects to be estimated are put to stack
                            Object objectToAdd = fields[i].get(obj);
                            if (objectToAdd != null) {                        
                                stack.add(objectToAdd);
                            }
                        } catch (IllegalAccessException ex) { 
                            assert false; 
                        }
                        }
                    }
            }
            clazz = clazz.getSuperclass();
        }
        return result;
    }
}