Java 作爲一個面嚮對象語言，給我們帶來了多態，繼承，封裝等特性，使得我們可以利用這些特性很輕鬆的就能構建出易於擴展，易於維護的代碼。作爲一個Javaer，天天搞“對象”，那你寫的對象究竟佔用了多少內存呢？我們來看看你的“對象”是如何“敗家”的。
本文環境：jdk1.8_64
Java 對象頭內存模型
想要了解Java對象究竟佔用多少內存必定先要了解一個Java 對象的內存模型是怎麼樣的？由於我們的虛擬機是分爲32位和64位，那肯定它們的模型也是有區別的，下面我列出列32位虛擬機和64位虛擬機下的Java對象頭內存模型。
32位虛擬機
64位虛擬機
64位帶指針壓縮
因爲筆者的本地環境是jdk1.8,64位虛擬機，這裏我以64位虛擬機（開啓指針壓縮）來分析，因爲默認情況下，jdk1.8 在64位虛擬機默認開啓指針壓縮。
Java 對象頭主要包括兩部分，第一部分就是 Mark Word，這也是 Java 鎖實現原理中重要的一環，另外一部分是 Klass Word。
Klass Word 這裏其實是虛擬機設計的一個oop-klass model模型，這裏的OOP是指Ordinary Object Pointer（普通對象指針），看起來像個指針實際上是藏在指針裏的對象。而 klass 則包含 元數據和方法信息，用來描述 Java 類。它在64位虛擬機開啓壓縮指針的環境下佔用 32bits 空間。
Mark Word 是我們分析的重點，這裏也會設計到鎖的相關知識。Mark Word 在64位虛擬機環境下佔用 64bits 空間。整個Mark Word的分配有幾種情況：
未鎖定（Normal）： 哈希碼（identity_hashcode）佔用31bits，分代年齡（age）佔用4 bits，偏向模式（biased_lock）佔用1 bits，鎖標記（lock）佔用2 bits，剩餘26bits 未使用(也就是全爲0)
可偏向（Biased）： 線程id 佔54bits，epoch 佔2 bits，分代年齡（age）佔用4 bits，偏向模式（biased_lock）佔用1 bits，鎖標記（lock）佔用2 bits，剩餘 1bit 未使用。
輕量鎖定（Lightweight Locked）： 鎖指針佔用62bits，鎖標記（lock）佔用2 bits。
重量級鎖定（Heavyweight Locked）：鎖指針佔用62bits，鎖標記（lock）佔用2 bits。
GC 標記：標記位佔2bits，其餘爲空（也就是填充0）
以上就是我們對Java對象頭內存模型的解析，只要是Java對象，那麼就肯定會包括對象頭，也就是說這部分內存佔用是避免不了的。所以，在筆者64位虛擬機，Jdk1.8（開啓了指針壓縮）的環境下，任何一個對象，啥也不做，只要聲明一個類，那麼它的內存佔用就至少是96bits，也就是至少12字節。
驗證模型
我們來寫點代碼來驗證一下上述的內存模型，這裏推薦openjdk的jol工具，它可以幫助你查看對象內存的佔用情況。
首先添加maven依賴
org.openjdk.jol
jol-core
0.10
複製代碼我們先來看看，如果只是新建一個普通的類，什麼屬性也不添加，佔用的空間是多少？
/**
- @description:
- @author: luozhou
- @create: 2020-02-26 10:00
**/
public class NullObject {
}
複製代碼按照我們之前的Java對象內存模型分析，一個空對象，那就是隻有一個對象頭部，在指針壓縮的條件下會佔用 96 bits，也就是12bytes。
運行工具查看空間佔用
public static void main(String[] args) {
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new NullObject()).toPrintable());
}
複製代碼上面這行代碼會解析你新建一個NullObject對象，佔用了多少內存。我們執行看看結果如何：
內存佔用
這裏我們發現結果顯示：Instance size：16 bytes,結果就是16字節，與我們之前預測的12字節不一樣，爲什麼會這樣呢？我們看到上圖中有3行 object header，每個佔用4字節，所以頭部就是12字節，這裏和我們的計算是一致的，最後一行是虛擬機填充的4字節，那爲什麼虛擬機要填充4個字節呢？
什麼是內存對齊
想要知道爲什麼虛擬機要填充4個字節，我們需要了解什麼是內存對齊？
我們程序員看內存是這樣的：
上圖表示一個坑一個蘿蔔的內存讀取方式。但實際上 CPU 並不會以一個一個字節去讀取和寫入內存。相反 CPU 讀取內存是一塊一塊讀取的，塊的大小可以爲 2、4、6、8、16 字節等大小。塊大小我們稱其爲內存訪問粒度。如下圖：
假設一個32位平臺的 CPU，那它就會以4字節爲粒度去讀取內存塊。那爲什麼需要內存對齊呢？主要有兩個原因：
平臺（移植性）原因：不是所有的硬件平臺都能夠訪問任意地址上的任意數據。例如：特定的硬件平臺只允許在特定地址獲取特定類型的數據，否則會導致異常情況。
性能原因：若訪問未對齊的內存，將會導致 CPU 進行兩次內存訪問，並且要花費額外的時鐘週期來處理對齊及運算。而本身就對齊的內存僅需要一次訪問就可以完成讀取動作。
我用圖例來說明 CPU 訪問非內存對齊的過程：
在上圖中，假設CPU 是一次讀取4字節，在這個連續的8字節的內存空間中，如果我的數據沒有對齊，存儲的內存塊在地址1，2，3，4中，那CPU的讀取就會需要進行兩次讀取，另外還有額外的計算操作：
CPU 首次讀取未對齊地址的第一個內存塊，讀取 0-3 字節。並移除不需要的字節 0。
CPU 再次讀取未對齊地址的第二個內存塊，讀取 4-7 字節。並移除不需要的字節 5、6、7 字節。
合併 1-4 字節的數據。
合併後放入寄存器。
所以，沒有進行內存對齊就會導致CPU進行額外的讀取操作，並且需要額外的計算。如果做了內存對齊，CPU可以直接從地址0開始讀取，一次就讀取到想要的數據，不需要進行額外讀取操作和運算操作，節省了運行時間。我們用了空間換時間，這就是爲什麼我們需要內存對齊。
回到Java空對象填充了4個字節的問題，因爲原字節頭是12字節，64位機器下，內存對齊的話就是128位，也就是16字節，所以我們還需要填充4個字節。
非空對象佔用內存計算
我們知道了一個空對象是佔用16字節，那麼一個非空對象究竟佔用多少字節呢？我們還是寫一個普通類來驗證下：
public class TestNotNull {
private NullObject nullObject=new NullObject();
private int a;
}
複製代碼這個演示類中引入了別的對象，我們知道int類型是佔用4個字節,NullObject對象佔用16字節，對象頭佔12字節，還有一個很重要的情況 NullObject在當前這個類中是一個引用，所以不會存真正的對象，而只存引用地址，引用地址佔4字節，所以總共就是12+4+4=20字節，內存對齊後就是24字節。我們來驗證下是不是這個結果：
public static void main(String[] args) {
//打印對象內存佔用
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new TestNotNull()).toPrintable());
System.out.println("=");
//輸出對象相關所有內存佔用
System.out.println(GraphLayout.parseInstance(new TestNotNull()).toPrintable());
System.out.println("=");
//輸出內存佔用統計
System.out.println(GraphLayout.parseInstance(new TestNotNull()).toFootprint());
}
複製代碼結果如下：
我們可以看到TestNotNull的類佔用空間是24字節，其中頭部佔用12字節，變量a是int類型，佔用4字節,變量nullObject是引用，佔用了4字節，最後填充了4個字節，總共是24個字節，與我們之前的預測一致。但是，因爲我們實例化了NullObject,這個對象一會存在於內存中，所以我們還需要加上這個對象的內存佔用16字節，那總共就是24bytes+16bytes=40bytes。我們圖中最後的統計打印結果也是40字節，所以我們的分析正確。
這也是如何分析一個對象真正的佔用多少內存的思路，根據這個思路加上openJDK的jol工具就可以基本的掌握自己寫的“對象”究竟敗家了你多少內存。