Java Memory Tips&Tricks

Java Memory Tips & Tricks
Roger (yixx@ucweb.com, roger2yi@gmail.com)
2011/4/4
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Roger, UC

大纲
Tips
统计数据
基本对象大小
内存分配和布局
Tricks
对象的最佳大小
对象还是基础类型, to be or not to be
byte，short还是int
字串，char数组还是byte数组
字串和子串
2011/4/4
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Roger, UC

Java Memory
C通过结构体，指针，位域变量等机制，允许程序员完全控制数据结构的内存布局，能够精准地对每一个bit进行操作。
Java 隐藏了内存布局的细节，不允许直接操作内存，提供垃圾回收机制。
这些做法大大提高了系统的健壮性和开发效率，避免了大量跟内存访问有关的错误（越界访问，悬挂指针，etc…）
2011/4/4
Roger, UC
3

Cont.
Java
但是也为希望更精确地了解内存分配和内存布局的细节造成了障碍…
而了解这些细节可以帮助程序员更准确地控制内存开销，避免多余的内存耗费，必要时甚至可以采取用时间换空间的方案来节约内存
在嵌入式平台如J2ME，Android上，节约内存仍然是一件有意义的事情
2011/4/4
Roger, UC
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度量方法
对Java的内存度量基本上可以采取两种方式
利用Memory Profiler
利用Runtime提供的内存API，自己编写度量代码
后者对于度量对象的大小会更准确一些，也是本文所使用的方法
参考文章
J2ME Memory Profiling
Java Tip 130: Do you know your data size?
2011/4/4
Roger, UC
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统计数据
2011/4/4
Roger, UC
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基本对象大小
一个Object的大小在不同的平台和实现上都不一样
32位JDK是8bytes
64位JDK是12 bytes
大部分的kJVM上是4 bytes
Android 上是12 bytes
所有平台上，一个对象的引用都是4 bytes
2011/4/4
Roger, UC
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Cont.
其它继承Object的类的实例的大小为一个Object的大小加上自身的成员变量
比如Integer的大小就是一个Object的大小加上一个int类型变量的大小
Long的大小就是一个Object的大小加上一个long类型变量的大小
2011/4/4
Roger, UC
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Cont.
数组的大小除了数组元素本身的大小和数组的长度外，额外开销是一个int类型的长度值和一个对象的大小，假设一个对象的大小是8
byte[] = 8 + 4 + 1*length
char[] = 8 + 4 + 2*length
int[] = 8 + 4 + 4*length
Object[] = 8 + 4 + 4*length
2011/4/4
Roger, UC
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Cont.
字串String的实现在各个平台上可能有差异，比较标准的实现包括4个成员变量
offset（int）
count（int）
hashCode（int，在一些kJVM实现上可能没有该成员）
value（char[]）
这意味着一个空串也可能要40个bytes…
（8 + 4 + 4 + 4 + 16） 8取整 = 40
2011/4/4
Roger, UC
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内存分配和布局
JVM在内存分配和成员变量布局上有两个较为特殊的现象
内存分配的大小一般会8取整，除了kJVM是4取整外
这意味着内存分配的大小必须是8，16，24，32，etc…
在WTK J2ME模拟器和Android上我们也看到了成员变量地址需要4对齐的现象，这意味着一个byte类型的成员虽然实际大小只有1 byte，但是也要占用4 bytes的空间
2011/4/4
Roger, UC
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Tricks
一般而言，很少需要考虑用一些特殊的技巧来减少内存耗费，因为这些特殊的技巧通常会导致额外的，难以理解的，降低效率的代码。
除非
运行环境的可用内存非常有限
设计底层库的关键类，比如某个类阶层的根类，该类的实例在系统运行时的可能存在数量非常大
牺牲的效率在可以接受的范围
2011/4/4
Roger, UC
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对象的最佳大小
因为JVM在内存大小分配上的8取整现象（kJVM是4取整），所以在设计一个类时，这个类的成员变量的总大小加上一个Object的大小最好是8的倍数（在kJVM上最好是4的倍数）
2011/4/4
Roger, UC
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对象还是基础类型
Java除了基础类型，其它类型全部都是对象，它们都必须在Heap上占据一个完整对象的开销
假设我们有一个Rectangle，它包含x，y，width，height 4个成员，另外有一个类Widget，它需要一个矩形作为bounds表示它的可见区域
2011/4/4
Roger, UC
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Cont.
2011/4/4
Roger, UC
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Cont.
上图显示了两种不同的布局，第一种是Widget包含一个Rectangle类型的bounds成员，另外一种是Widget直接包含x，y，width，height 4个int类型成员
因为没有结构体或者是C#中所谓的Value Class，Java只能在这两种状况中选一个，后者耗费更少内存，但是也带来很多不便
2011/4/4
Roger, UC
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byte，short还是int
有时我们会用byte或者short来声明一个整数类型成员，在值不会溢出的情况下，比用int更省内存
但是如前述，这种做法在Android或者其它存在变量地址需要4对齐现象的JVM上是无用的
在这类JVM上，我们可能用一个int，然后利用位操作，把它当作4个bytes或者2个shorts
把一个int当作32个boolean的位集（BitSet)来用比较常见
2011/4/4
Roger, UC
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字串，char数组还是byte数组
我们之前已经看到Java里面一个String对象有很多额外的开销，有时候只持有一个char数组会更节约内存，甚至当字串里面大部分都是英文的情况下，可以考虑持有编码成utf-8的byte数组
但是因为String是不可变对象，通过char数组构造一个String，String的构造函数会拷贝一份而不是直接引用外部的char数组
byte数组需要额外的解码时间开销
2011/4/4
Roger, UC
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字串和子串
两个不同的String指涉同一个char数组的不同部分是可行的，它并不违反String的不可变性
实际上String的substring就利用了这种特性，得到的子串跟原来的字串指涉同一个char数组
假设我们需要同时持有大量的字串，比如加载一个外部的字典文件或者本地化文本资源文件
把这些字串先拼接成一个大字串，然后用substring取出原来的每一个字串会更节约内存
主要是节省了原来每一个字串都需要的一个char数组对象的额外开销，拼接再取字串的做法则只需要一个char数组
2011/4/4
Roger, UC
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各平台的测试Apps和源码
http://pluto-hades.googlecode.com/files/JavaMemory.zip
2011/4/4
Roger, UC
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The End
Thank you for your listening
Yours Sincerely, Roger
2011/4/4
Roger, UC
21

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Java Memory Tips&Tricks

by rogeryi on Apr 04, 2011

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