问题

一个Java的对象大小等于序列化的大小吗?

回答
简单来说,一个Java对象在内存中的大小,和它序列化后在磁盘或网络上传输的大小,是不相等的,而且往往会有显著的差异。

我们先来聊聊Java对象在内存中的大小。当你创建一个Java对象时,JVM(Java虚拟机)会为它分配一块内存。这块内存的大小包含了几个部分:

1. 对象头(Object Header):这是JVM用来管理对象自身信息的部分。它通常包含对象运行时的一些标志,比如锁状态、GC(垃圾回收)年龄等,还有指向对象类元数据的指针(用于确定对象属于哪个类)。这部分的大小在32位和64位JVM中是不同的,一般是8到16字节。

2. 实例数据(Instance Data):这部分就是对象真正存储的成员变量(字段)的数据。每个字段在内存中的大小取决于它的类型。
基本类型(如 `int`, `boolean`, `byte`, `char`, `short`, `long`, `float`, `double`)有固定的内存占用。例如,`int` 通常是4个字节,`long` 是8个字节,`boolean` 也是1个字节(虽然有时JVM会优化)。
引用类型(如对象引用、数组引用)在内存中存储的是指向实际对象的内存地址,这个地址的大小取决于JVM的位数(32位JVM是4字节,64位JVM是8字节)。
JVM在分配内存时,为了提高访问效率,可能会进行内存对齐。这意味着,即使一个字段本身很小,它实际占用的内存空间也可能会根据特定的规则(比如按照字长对齐)被填充到更大的边界上。所以,字段的实际内存占用可能大于其基本类型的大小。

3. 填充(Padding):为了满足内存对齐的要求,JVM可能会在对象数据的末尾添加一些填充字节。这就像你把一堆形状不规则的东西放进一个箱子里,为了让箱子整体更紧凑,你可能会在空隙里塞点东西。

所以,一个Java对象在内存中的大小,是对象头 + 所有实例数据 + 填充的总和。这个大小是JVM在运行时为了高效访问而决定的。

现在我们再来看看序列化。序列化是将Java对象转换成一个可以存储或传输的字节序列的过程。比如,当你使用Java原生的`ObjectOutputStream`进行序列化时,它会把对象转换成一种特定格式的字节流。这个过程跟对象在内存中的表示是完全不同的:

1. 类的元数据(Class Metadata):序列化时,不仅仅是对象的数据被保存下来,对象的类信息(比如类的名称、字段名称、字段类型等)也会以某种形式被编码到字节流中,以便在反序列化时能够重建对象。这部分信息在内存中对象本身是没有直接存储的,它是通过对象头中的指针指向类元数据。

2. 字段值:序列化会以一种预定义的方式(通常是按照字段在类定义中的顺序,或者一些特殊的顺序)来写入每个字段的值。
基本类型的字段会被直接编码成相应的字节。
引用类型(对象引用)在序列化时,并不是存储内存地址,而是会递归地将引用的对象本身也进行序列化,或者根据情况输出一个指向已序列化对象的引用标记。这意味着,如果一个对象包含其他对象的引用,序列化过程会包含这些被引用对象的数据。
对于字符串等对象,它们在内存中可能只占一个指向共享字符串池中的字符数组的引用,但序列化时,会将字符串的所有字符内容都写出来。

3. 版本信息和描述符:Java序列化协议会包含一些版本信息、序列化流的控制信息、类的描述符(TC_CLASSDESC)以及对象数据(TC_OBJECT)。这些都是为了保证反序列化能够正确进行,但它们并不直接反映在内存中对象的大小里。

4. 性能和可读性:序列化通常是为了跨进程、跨机器传输或者持久化存储。因此,它的格式设计会考虑兼容性、传输效率,但往往不是最紧凑的表示。像XML、JSON等更通用的序列化格式,它们的可读性更强,但通常比二进制序列化要占用更多的字节。

为什么会有差异?

冗余信息:序列化需要包含类信息、字段信息等,这些在内存中对象是通过类元数据和对象头来隐式关联的,序列化时则需要显式编码。
引用处理:内存中的对象引用是一个内存地址(例如64位JVM是8字节),而序列化时,如果引用的是另一个对象,会把那个对象的数据也序列化进来,或者用一种标识符来表示引用关系,这两种方式都可能比一个简单的内存地址占用更多空间。
编码方式:序列化格式的字节编码方式与内存中的布局不同。例如,一个`boolean`在内存中可能占1个字节,但如果它被序列化成一个字符'true'或'false'(比如JSON),那就会占用更多字节。即使是二进制序列化,也可能为了跨平台兼容性而采用特定的编码。
内存优化:JVM可能会对内存中的对象进行各种优化,比如对象压缩、共享内部数据等,这些优化在序列化数据中并不一定存在。

举个例子:

假设你有一个简单的Java对象:

```java
class MyObject {
int a = 10;
String b = "hello";
}
```

在内存中:
`MyObject` 对象头可能占816字节。
`int a` 占4个字节。
`String b` 实际上是一个引用,它指向一个`String`对象,而`String`对象内部又有一个`char`数组。这个引用本身可能占8字节(64位JVM)。`String`对象和`char`数组("hello")占用的内存会更复杂,也需要对象头、实例数据等。

序列化后:
序列化数据会包含`MyObject`类的描述(类名、字段名等),然后是`a`的值(4个字节),接着是`String`对象"hello"的序列化表示,这包括`String`类的描述、`char`数组的长度,以及"hello"这5个字符的编码。这整个字节流的大小,很可能会比内存中`MyObject`实例数据加上部分对象头的信息要大得多。

总结一下,Java对象的序列化大小:

不等于其在内存中的大小。
通常大于其在内存中的大小,因为序列化需要包含类元数据、字段元数据以及处理对象引用等额外信息,并且需要以一种可传输、可重建的格式进行编码。
序列化的大小还取决于所选择的序列化技术(如Java原生序列化、JSON、Protobuf等)和对象的具体结构(特别是引用了其他对象或包含大量数据的字段)。

网友意见

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重要的事情要说三遍:

Java对象在内存中的形态跟序列化后的形态没有关系。

Java对象在内存中的形态跟序列化后的形态没有关系。

Java对象在内存中的形态跟序列化后的形态没有关系。

Java对象在内存里有多大,最靠谱的办法是:在完整支持JVMTI与Java Agent的JVM上,可以用

Instrumentation.getObjectSize()

方法来获取。

其它靠谱的办法有:

  • HotSpot VM上用Serviceability Agent的API来查看
  • IBM J9 VM上用jdmpview来查看

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