- Java 对象模型
- Java 数组大小
Java 进阶之字节码剖析中我曾经提到这么一段话
int[128][2] ，int[256] 这两个数组看起来一样，但实际上前者比后者多了 246% 的额外开销
针对这句话我收到了几位读者的私信，表示不明白为啥不过一个简单的二维数组会有这么大的开销，本来这个问题在我正在写的类加载机制中有详述，不过文章还没写完（估计本周发），所以我专门抽出这个问题探讨一下，五分钟就能看懂。
Java 对象模型
HotSpot JVM 底层使用名为 oops (Ordinary Object Pointers) 的数据结构来表示对象的对象头
class oopDesc {
friend class VMStructs;
private:
volatile markOop _mark;
union _metadata {
Klass* _klass;
narrowKlass _compressed_klass;
} _metadata;
...
}
JVM 每创建一个对象，相当于创建了一个 oopDesc 的对象，即 instanceOopDesc 来表示这个对象，保存在堆中，如下图所示
可以看到 Java 对应主要由以下三部分组成
- 对象头（Header）
- 对象实例数据（instance data）
- 对齐填充（Padding）
其中对象头又包含三个部分
- markWord: 即 _mark:markOop，用于存储对象运行时的数据，好比 HashCode、锁状态标志、GC分代年龄等。这部分在 64 位操作系统下占 8 字节，32 位操作系统下占 4 字节
- 指针：指向方法区中的类元数据（类信息）的指针，这部分就涉及到指针压缩的概念，在开启指针压缩的状况下占 4 字节，未开启状况下占 8 字节，默认是开启的
- 数组长度：这部分只有是数组对象才有，若是非数组对象就没这部分。这部分占 4 字节。
除此之外对象还有两个部分值得我们注意
- 对象实例数据（instanceData）: 用于存储对象中的各种类型的字段信息（包括从父类继承来的）
- 对齐填充：Java 对象大小默认按 8 字节对齐的，如果「对象头」+「对象实际数据」不足8的位数，对齐填充会补齐相应的字节以让对象大小达到 8 的倍数
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Java 数组大小
知道了对象模型的表示，再来看数组的大小，首先必须明确两点
- 在 Java 中数组是一种特殊的对象（也是对象，也有对象头）
- 一个多维数组是一个简单数组的数组， 例如，一个二维数组的每一行都是一个独立的数组对象
接下来我们来看看一维数组 int[256] 在内存中有多大，一维数组其实可以认为是普通的对象，首先对象头可以知道是 8（markword） + 4（kclass） + 4（数组长度）= 16 字节，对象实际数据大小为 256 * 4（int 大小为 4 个字节） = 1024 字节，所以此时总的字节数为 16 + 1024 = 1040 字节，是 8 的位数（1040/8 = 130），所以 padding 为 0， 也就是说 int[256] 一维数组的字节大小为 1040 字节
再来看一下二维数组 int[128][2] 的大小，我们知道在 C 语言中二维数组（事实上是任何多维数组）本质上是一维数组通过指针操作来实现的，但在 Java 中多维数组是由一系列的嵌套数组组成，也就是说对于二维数组而言，每一行（int[0][…]，int[1][…]，…，int[127][…]）都对应一个数组对象，都需要额外的开销，一图胜千言，如下所示
先来看左边的对象大小：
数组的每一行 int[0]，int[1]，..int[127] 其实都是指向数组的指针，为 4 个字节，所以左边对象占用空间大小为 16 + 4 * 128 = 528，是 8 的倍数（528/8 = 66），所以 padding 为 0，所以总大小为 528
再来看左边的 int[0] 等指向的数组对象大小：
由于左边每个行数组的指向都指向了两个元素的数组（int[x][0],int[x][1]），它们的对象大小为 16 + 4 + 4 = 24，是 8 的倍数，所以 padding 为 0 ，而总共有 128 个这样的对象，所以右边总的对象大小为 128 * 24 = 3072
由此可知 int[128][2] 对象大小为 528 + 3072 = 3600 字节，比一维数组 int[256]（1024 字节）多了 246% ！
上述计算的是否正确呢，我们可以用 JDK 自带的 ObjectSizeCalculator 来计算一下，如下：
与我们的计算结果完全一致！
其实不光是二维数组，包括字节串，普通的对象开销也一般会比对象实际数据大几倍，到此我相信你不难明白上一篇中开头这样一段话的含义了：kafka 中为啥要使用 pageCache 了, 因为如果不用页缓存，而是用 JVM 进程中的缓存，对象的内存开销会非常大（通常是真实数据大小的几倍甚至更多）