淺談JVM中的JOL

更新時間：2021年06月02日 11:49:33 作者：flydean

我們天天都在使用java來new對象，但估計很少有人知道new出來的對象到底長的什么樣子？對于普通的java程序員來說，可能從來沒有考慮過java中對象的問題，不懂這些也可以寫好代碼。今天，給大家介紹一款工具JOL，可以滿足大家對java對象的所有想象。

JOL簡介

JOL的全稱是Java Object Layout。是一個用來分析JVM中Object布局的小工具。包括Object在內(nèi)存中的占用情況，實例對象的引用情況等等。

JOL可以在代碼中使用，也可以獨立的以命令行中運行。命令行的我這里就不具體介紹了，今天主要講解怎么在代碼中使用JOL。

使用JOL需要添加maven依賴：

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.10</version>
</dependency>

添加完依賴，我們就可以使用了。

使用JOL分析VM信息

首先我們看下怎么使用JOL來分析JVM的信息，代碼非常非常簡單：

log.info("{}", VM.current().details());

輸出結(jié)果：

# Running 64-bit HotSpot VM.

# Using compressed oop with 3-bit shift.

# Using compressed klass with 3-bit shift.

# WARNING | Compressed references base/shifts are guessed by the experiment!

# WARNING | Therefore, computed addresses are just guesses, and ARE NOT RELIABLE.

# WARNING | Make sure to attach Serviceability Agent to get the reliable addresses.

# Objects are 8 bytes aligned.

# Field sizes by type: 4, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]

# Array element sizes: 4, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]

上面的輸出中，我們可以看到：Objects are 8 bytes aligned，這意味著所有的對象分配的字節(jié)都是8的整數(shù)倍。

使用JOL分析String

上面的都不是重點，重點是怎么使用JOL來分成class和Instance信息。

其實java中的對象，除了數(shù)組，其他對象的大小應(yīng)該都是固定的。我們先舉一個最最常用的字符串來看一下：

log.info("{}",ClassLayout.parseClass(String.class).toPrintable());

上面的例子中，我們使用ClassLayout來解析一個String類，先看下輸出：

[main] INFO com.flydean.JolUsage - java.lang.String object internals:

OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE

0 12 (object header) N/A

12 4 byte[] String.value N/A

16 4 int String.hash N/A

20 1 byte String.coder N/A

21 1 boolean String.hashIsZero N/A

22 2 (loss due to the next object alignment)

Instance size: 24 bytes

Space losses: 0 bytes internal + 2 bytes external = 2 bytes total

先解釋下各個字段的含義，OFFSET是偏移量，也就是到這個字段位置所占用的byte數(shù)，SIZE是后面類型的大小，TYPE是Class中定義的類型，DESCRIPTION是類型的描述，VALUE是TYPE在內(nèi)存中的值。

分析下上面的輸出，我們可以得出，String類中占用空間的有5部分，第一部分是對象頭，占12個字節(jié)，第二部分是byte數(shù)組，占用4個字節(jié)，第三部分是int表示的hash值，占4個字節(jié)，第四部分是byte表示的coder，占1個字節(jié)，最后一個是boolean表示的hashIsZero，占1個字節(jié)，總共22個字節(jié)。但是JVM中對象內(nèi)存的分配必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，所以要補全2字節(jié)，最后String類的總大小是24字節(jié)。

如果字符串里面存了很多很多數(shù)據(jù)，那么對象的大小還是24字節(jié)嗎？

這個問題問得非常有水平，下面我們就來看看怎么使用JOL來解析String對象的信息：

log.info("{}",ClassLayout.parseInstance("www.flydean.com").toPrintable());

上面的例子，我們使用了parseInstance而不是parseClass來解析String實例的信息。

輸出結(jié)果：

[main] INFO com.flydean.JolUsage - java.lang.String object internals:

OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE

0 4 (object header) 01 c2 63 a2 (00000001 11000010 01100011 10100010) (-1570520575)

4 4 (object header) 0c 00 00 00 (00001100 00000000 00000000 00000000) (12)

8 4 (object header) 77 1a 06 00 (01110111 00011010 00000110 00000000) (399991)

12 4 byte[] String.value [119, 119, 119, 46, 102, 108, 121, 100, 101, 97, 110, 46, 99, 111, 109]

16 4 int String.hash 0

20 1 byte String.coder 0

21 1 boolean String.hashIsZero false

22 2 (loss due to the next object alignment)

Instance size: 24 bytes

Space losses: 0 bytes internal + 2 bytes external = 2 bytes total

先看結(jié)論，和String Class一樣，這個String對象確實只占24字節(jié)。

實例的解析和Class解析的結(jié)果差不多，因為是實例對象，所以多了VALUE的值。

我們知道在JDK9之后，String的底層存儲從Char[] 變成了Byte[]用于節(jié)約String的存儲空間。上面的輸出中，我們可以看到String.value值確實很長，但是保存在String中的只是Byte數(shù)組的引用地址，所以4字節(jié)就夠了。

使用JOL分析數(shù)組

雖然String的大小是不變的，但是其底層數(shù)組的大小是可變的。我們再舉個例子：

log.info("{}",ClassLayout.parseClass(byte[].class).toPrintable());

輸出結(jié)果：

[main] INFO com.flydean.JolUsage - [B object internals:

OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE

0 16 (object header) N/A

16 0 byte [B.<elements> N/A

Instance size: 16 bytes

Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total

類的解析結(jié)果，可以看到Byte數(shù)組占16個字節(jié)。

再看實例的情況：

log.info("{}",ClassLayout.parseInstance("www.flydean.com".getBytes()).toPrintable());

輸出結(jié)果：

[main] INFO com.flydean.JolUsage - [B object internals:

OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE

0 4 (object header) 01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)

4 4 (object header) 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)

8 4 (object header) 22 13 07 00 (00100010 00010011 00000111 00000000) (463650)

12 4 (object header) 0f 00 00 00 (00001111 00000000 00000000 00000000) (15)

16 15 byte [B.<elements> N/A

31 1 (loss due to the next object alignment)

Instance size: 32 bytes

Space losses: 0 bytes internal + 1 bytes external = 1 bytes total

可以看到數(shù)組的大小真的變化了，這次變成了32字節(jié)。

使用JOL分析自動裝箱

我們知道，java中的基本類型都有一個和它對于的Object類型，比如long和Long，下面我們來分析下他們兩個在JVM中的內(nèi)存區(qū)別：

log.info("{}",ClassLayout.parseClass(Long.class).toPrintable());

輸出結(jié)果：

[main] INFO com.flydean.JolUsage - java.lang.Long object internals:

OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE

0 12 (object header) N/A

12 4 (alignment/padding gap)

16 8 long Long.value N/A

Instance size: 24 bytes

Space losses: 4 bytes internal + 0 bytes external = 4 bytes total

可以看到1個Long對象是占24個字節(jié)的，但是其中真正存儲long的value只占8個字節(jié)。

看一個實例：

log.info("{}",ClassLayout.parseInstance(1234567890111112L).toPrintable());

輸出結(jié)果：

[main] INFO com.flydean.JolUsage - java.lang.Long object internals:

OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE

0 4 (object header) 05 00 00 00 (00000101 00000000 00000000 00000000) (5)

4 4 (object header) 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)

8 4 (object header) 9a 15 00 00 (10011010 00010101 00000000 00000000) (5530)

12 4 (alignment/padding gap)

16 8 long Long.value 1234567890111112

Instance size: 24 bytes

Space losses: 4 bytes internal + 0 bytes external = 4 bytes total

使用JOL分析引用關(guān)系

上面我們使用JOL分析的是class內(nèi)部的空間使用情況，那么如果有外部引用可不可以分析呢？

HashMap hashMap= new HashMap();
hashMap.put("flydean","www.flydean.com");
log.info("{}", GraphLayout.parseInstance(hashMap).toPrintable());

上面我們使用一個不同的layout:GraphLayout,它可以用來分析外部引用情況。

輸出結(jié)果：

[main] INFO com.flydean.JolUsage - java.util.HashMap@57d5872cd object externals:

ADDRESS SIZE TYPE PATH VALUE

7875f9028 48 java.util.HashMap (object)

7875f9058 24 java.lang.String .table[14].key (object)

7875f9070 24 [B .table[14].key.value [102, 108, 121, 100, 101, 97, 110]

7875f9088 24 java.lang.String .table[14].value (object)

7875f90a0 32 [B .table[14].value.value [119, 119, 119, 46, 102, 108, 121, 100, 101, 97, 110, 46, 99, 111, 109]

7875f90c0 80 [Ljava.util.HashMap$Node; .table [null, null, null, null, null, null, null, null, null, null, null, null, null, null, (object), null]

7875f9110 32 java.util.HashMap$Node .table[14] (object)

從結(jié)果我們可以看到HashMap本身是占用48字節(jié)的，它里面又引用了占用24字節(jié)的key和value。