内存占用估算方法

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通过掌握每种数据类型的大小，就可以更准确地预测对象和数据的内存消耗。

一、基础数据类型

Java基础数据类型结构，在64位系统开启指针压缩情况下的内存占用字节数：

boolean	byte	char	short	int	long	float	double	引用
1	1	2	2	4	8	4	8	4

这些基础数据类型是轻量级的，应尽可能多地使用他们以减少内存消耗。

二、对象内存占用情况

Java对象的内存占用包括标记字mark word、类指针klass pointer、数据字段（实例变量）以及填充padding

markword	klass pointer	data	padding
8	4	所有字段占用内存之和	将内存占用补齐至8的整数倍

由此可见，一个没有任何数据字段的空对象，也会占用16字节的内存空间

三、数组内存占用

数组在Java中是一种特殊类型的对象，它还包括一个额外的数组长度字段。数组的内存占用包括标记字、类指针、数组长度字段、数组元素以及填充。与对象类型，数组的占用长度也必须是8的倍数。需要注意的是，数组元素的大小取决于元素的类型和数量。

markword	klass pointer	数组长度字段	数组元素	padding
8	4	4	所有字段占用内存之和	将内存占用补齐至8的整数倍

四、String对象内存占用

这里，我们以Java8为例说说空String的内存占用情况，我们来看看String类中的成员变量。

java 复制代码

/** The value is used for character storage. */
private final char value[];
 
/** Cache the hash code for the string */
private int hash; // Default to 0
 
/** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;

根据上面我们对对象和数组内存的分析以及String的成员属性可以得出一个空String对象所占用的内存空间，如下所示。

java 复制代码

对象头（8 字节）+ 引用 (4 字节 )  + char 数组（16 字节）+ 1个 int（4字节）+ 1个long（8字节）= 40 字节

如果String字符串的长度大于0的话，我们也可以得出String占用内存的计算公式，如下所示。

java 复制代码

40 + 2 * n

五、内存占用分析工具

位了更准确地估计内存占用情况，我们可以借助一些内存分析工具。
jol-core是一个java官方推出的jar包，地址为GitHub-openjdk/jol

pom依赖：

xml 复制代码

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.14</version>
</dependency>

JOL中常用的几个方法：

java 复制代码

ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable():查看对象内部的内存布局；
ClassLayout.parseInstance(obj).instanceSize():计算对象的大小，单位为字节；

GraphLayout.parseInstance(obj).toPrintable():查看对象外部信息，包括引用的对象；
GraphLayout.parseInstance(obj).totalSize():查看对象占用空间总大小；

注：除了parseInstance(Object obj)外，还有parseClass(Class<?> class)，用法基本相同。

代码使用场景：

java 复制代码

public class JolTest {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Test();
        // 查看对象内部信息
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
    }
}
class Test{
    private long p;
    private byte p1;
    private short p2;
}

六、防止内存膨胀的策略

【1】使用基础类型代替String： 在处理业务时，短字符串（如城市三字码）频繁出现。标准String对象在Java中占用至少50字节内存，这对于仅包含2-3个字符的字符串来说是一种浪费。我们可以使用CodeUtil工具将这些字符串编码为原生数据类型，从而显著降低内存占用并可能提升性能。

将字符串编码为浮点数和解码为字符串

java 复制代码

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String doubleString = "123.45";
        
        // 将字符串编码为浮点数
        double encodedDouble = CodeUtil.encodeToDouble(doubleString);
        System.out.println("Encoded Double: " + encodedDouble);
        
        // 将浮点数解码为字符串
        String decodedDoubleString = CodeUtil.decodeFromDouble(encodedDouble);
        System.out.println("Decoded Double String: " + decodedDoubleString);

        String input = "Hello, World!";
        
        // 使用CodeUtil工具将字符串编码为char[]
        char[] encodedChars = CodeUtil.encodeToCharArray(input);
        
        // 打印编码后的char数组
        System.out.println("Encoded char array:");
        for (char c : encodedChars) {
            System.out.print(c + " ");
        }
    }
}

输出：

text 复制代码

Encoded Double: 123.45
Decoded Double String: 123.45

Encoded char array:
H e l l o ,   W o r l d !

【2】使用对象池： 在某些业务场景中，可能存在大量完全相同或相似的对象。位了减少这些对象的内存占用，可以使用对象池技术来重用这些对象。通过对象池，我们可以确保相同的对象在内存中只有一份拷贝，从而节省大量的内存空间。需要注意的是，在使用对象池技术时，需要确保对象的正确性和线程安全性。

【3】限制容器最大容量： HashMap等容器类在Java中广泛使用，但他们没有容量上限。如果不断向容器中添加元素，它们会持续扩容以及容纳更多的元素，从而导致内存占用不断增加。为了避免这种情况的发生，我们使用具有容量限制的容器类（如Guava Cache）来替代HashMap等无限制容器。这样可以将内存占用控制在一个合理范围内，防止内存膨胀现象的发生。需要注意的是，在设置容量限制时，需要根据实际业务需求和系统性能进行合理权衡。