集合类对象的最大大小？

EYang
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集合类对象的最大大小？

#jdk源码解读 #jvm 要探讨这个问题，首先要知道对象在内存中的模样

对象的组成

对象在堆中由对象头，实例字段，对齐和填充组成。

对象头

对象头通常根据JVM不同而不同：

32位JVM64位JVM（无指针压缩）
对象头占用8字节=4字节MarkWord+4字节类指针12字节=8字节MarkWord+4字节类指针

实例字段

实例字段最好理解，就是对象内部持有的字段，分为基础类型和引用类型。

大小（对齐后）
int4字节
long8字节
double8字节
float4字节
char2字节
bool1字节
byte1字节
short2字节
引用4字节（32位或压缩指针），8字节（64位）

对齐与填充

什么是对齐？

字节对齐是指在内存中存储数据时，将数据放置在满足其大小的倍数地址上。例如，一个4字节的int通常需要放在4字节对齐的地址（如0x00、0x04、0x08等）上。这是因为计算机内存是按照特定字节数访问的，对齐可以提高CPU访问内存的速度。对齐规则通常为：

  • 数据类型的对齐要求是其自身大小的倍数（例如int类型通常4字节，需要4字节对齐）。
  • 结构体的总对齐是其中最大成员的对齐大小。
什么是填充？

为了实现对齐，编译器在结构体或类成员之间添加一些空闲字节（填充字节），确保每个成员都位于合适的地址上。填充会影响结构体的大小，使其可能比成员的总大小还大。

public class Example {
    byte a;//起始位置0x00
    int b;//起始位置0x04
    short c;//起始位置0x08
}
  • byte a之后，插入了3个填充字节，使int b在4字节对齐的地址上。
  • short c之后，可能插入额外的填充字节，使对象的总大小为4的倍数，符合最大成员int b的对齐要求。 所以整个对象的大小=12字节（对象头）+ 12字节（对齐后的字段）=24字节。

来点更复杂的案例：

public class Person{
    char[] a;
    
    Person(char x,char y,char z){
        a = new char[]{x,y,z};
    }

    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person('x', 'y', 'z');
    }
}

person对象的大小是多少呢？我们知道a实际上是一个引用，指向实际的数组。引用为8字节，实际数组数据的大小为3×2字节=6字节，数组也是对象，有自己的对象头12字节，person对象头为12字节，故总共38字节。

集合类对象的大小

终于可以进入正题了，集合类中主要包含的信息就是集合元素本身。无论是List还是Map等，集合类底层通常都通过数组来储存元素。集合类通常都有泛型，底层数组的类型通常都是这个泛型，所以单个元素的大小是不确定的。 集合类中元素最多有多少个？这个问题需要先从Java数组限制开始探讨。Java数组索引采用int，所以Java数组大小最大为2^31 - 1。实际上各个实现类中数组的最大大小都小于这个值。如HashTable为2^31 - 8，预留了一丢丢位置。ArrayList中书面记录了最大值为2^31 - 8，实际上可以到达2^31 - 1。HashMap由于设计原因，桶数组的大小只能是二次幂，容量最大只能到2^30。

JVM限制

在 HotSpot JVM 中，堆大小的默认限制取决于多个因素，包括操作系统的架构（32位 vs 64位）、JVM的版本、物理内存的大小以及JVM的默认配置。堆大小不仅受到JVM启动时的参数设置的影响（如 -Xms 和 -Xmx）。 HotSpot JVM默认将堆大小设置为系统总内存的一部分，通常为 1/4到1/2的物理内存。但是，JVM的默认堆大小是有上限的，并且受操作系统内存分配的限制。对于大多数64位系统，可以使用 -Xmx 参数将堆最大大小设置为几十GB甚至上百GB，前提是物理内存和操作系统支持。 具体可以参阅[[JVM内存分配策略]]

所以知道容量限制，又知道了内存占用计算方法，很容易就能算出来啦

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