前言

作为Java程序员，当我们在命令行提交一个Java任务时，一般我们会显性的设置一些参数，最常见的如指定堆内存大小，程序参数等，来满足你程序的运行需求。

但是，在设置JVM内存大小时，我建议你最好不要超过32G这个阈值，因为一旦超过，你的原本的内存占用可能会瞬间剧增。

为什么？

想搞清楚这个问题，今天就来跟你聊聊下面这两个参数：

-XX:+UseCompressedClassPointers //压缩类指针
-XX:+UseCompressedOops  //压缩普通对象指针

-XX:+UseCompressedClassPointers：表示是否启用类指针压缩，因为对于任何一个jvm中的对象而言，其内部都有一个指向自己对应类(属于哪个class)的指针(Java习惯叫引用)，在64位的Java虚拟机中，默认是启动压缩的；

-XX:+UseCompressedOops：表示是否使用普通对象指针压缩，Oops是Ordinary object pointers的缩写，就是任何指向一个在堆中的对象(非简单类型)的指针，默认也是启动压缩的。

这两个参数都是jvm默认的，一般我们不会去过多关注，很多同学甚至都没有见过，但是面试时，很多时候就会问。

01

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为什么要压缩指针

我们知道，计算机的操作系统有32位和64位之分，这个位其实指的是CPU在内存中的寻址能力。

32位就是32bit，任何一个bit要么是0要么就是1，因此32bit通过排列组合能够带来的不同数值就是：2^32=4G个对象，而因为在普通内存中，对象的大小最小以1byte来计算，所以32位操作系统能够寻址的内存空间最大也就4G，多了也是浪费。

同理，64位的操作系统的寻址空间就是：2^64=16777216TB，吓人不，估计在地球毁灭前都用不完。虽然可以支持这么大的寻址空间，但目前还没有哪个硬件厂商能造出这么大的内存。

那对应到我们的Java虚拟机上，其内存寻址是什么样的呢？

跟操作系统一样，我们先看下一个常用的JVM的规格：

可以看到这是一个JDK版本为1.8的64位虚拟机，所谓虚拟机，其实可以把它理解为一个专门运行Java指令的操作系统。

上面说到，所谓64位指的就是向内存对象寻址的能力，而如何找到目标对象，靠的就是指针(Java叫引用)，既然是指针，就有大小。

多大呢？应该是64bit，即8byte。

在验证这个指针大小之前，我们先来看下一个对象的在内存中结构是什么样的？

Markword：对象头，用来标记对象状态的，比如hascode、锁状态信息等；
Class pointer：类型指针，用来指向方法区(method area)中该对象属于哪个类，比如A对象指向A.class；
Instance data：实例数据，指的是对象中的成员变量，如果是简单类型，则直接存对象本身，如果是非简单类型，则保存对象的指针(引用)；
Padding：内存对齐，对于64位Java虚拟机来说，对象为8字节(64bit)对齐，如果对象大小不满8字节的倍数，则通过该部分进行补齐，比如对象时间大小只有12Byte，则需要补齐到16Byte，这样做最大的好处在于寻址效率高(知道为什么数组可以用下标直接读取数据吗？就是因为每个对象大小一样且挨在一起)。

接下来，看这么个例子：

public class A {
    private Object object = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        //打印出对象的内存布局
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new A()).toPrintable());
    }
}

注意，这里除了依赖JDK本身外，还需要依赖一个第3方jar包，用来专门查看对象的内存布局情况。

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.13</version>
</dependency>

用最简单的方式运行一下：

可以看到将A对象打印出来，一共分为下面3个部分，内存总占用为16byte。

1代表的Markword部分，由两个4byte组成；

2代表class pointer部分，居然只占用了4byte，不是说好了64位虚拟机需要占用8byte吗？

3代表对象指针，同样居然也只有4byte，而不是8byte；

难道上面的推测是错的吗？当然不是。

原因在于，JVM在启动时默认开启了指针压缩功能。

我们来看一下，当我们在运行一个Java程序时，在什么参数都不指定的情况下，JVM默认开启了哪些参数设置。

查看默认情况下JVM开启的参数

用这个命令就可以看到，JVM自动给你设置了5个额外的参数，包括最小heap大小，和最大heap大小，GC方式，以及2个指针压缩的选项。

就是这2个默认的指针压缩配置，导致了上面我们打印一个对象时，其成员变量在内存布局中的指针只有4byte。

我们来验证一下：

1,先关闭掉类压缩指针，关闭参数为：-XX:-UseCompressedClassPointers，意思是不启用类指针压缩：

关闭类指针压缩

可以看到，其内存布局由之前的3部分，变成了现在的4部分，第2部分的类指针由原来的4byte变成了现在的8byte，因为我把类指针压缩给关闭了。

那为什么多出来个第4部分呢，原因也很简单，上面说了，在64位JVM中任何一个对象的大小必须满足8byte对齐，即8byte的整数倍，如果不满足就用要额外的空间来填充，上面3部分加起来只有20byte，不满足8的倍数，因此需要额外再加4byte到24byte，刚好8的3倍。

2，再来验证下普通对象指针，把压缩功能给关闭了(-XX:-UseCompressedOops)，会是个什么情况：

再关闭普通对象指针压缩

可以看到，第3部分的普通对象指针已经从原来的4byte变成了8byte，而因为这3部分的大小加起来刚好是8byte的3倍，因此不需要额外的padding，也就没有了刚才第4部分。

这2步就证明了之前的推论。

至于为什么要这么做，原因也很简单，因为计算机的内存资源向来都是硬件资源中最昂贵的资源之一，如果有手段将原本占用内存太大的部分进行有效合理的减少，那当然是一件值得庆幸的事情。

02

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指针压缩支持的内存范围

在文章一开始部分就提到，指针的大小直接决定了CPU能够识别的内存范围，那么JVM既然将原本8byte的指针压缩到了4byte，那么其能够识别的内存是不是也对应缩小了呢？

来做个试验，这次，我们不刻意关闭指针压缩功能(2个都不关闭)，只控制JVM的内存大小，先看下面这个：

当指定堆内存为31G时

可以看到，我在命令行中把堆的最大和最小内存都限制在了31G，因此这个JVM在任何时候都会维持31G的堆内存，而这个时候可以看到，无论是类指针还是对象指针都是被压缩的4byte。

好，接着我把内存再次加大试试：

当指定堆内存为32G时

看到没，神奇的事情发生了，我仅仅只是把内存从31G增加到32G，没有添加任何不压缩指针的参数，但是从结果中却可以看到，无论是类指针还是对象指针都由原来的4byte变成了8byte，即不再对任何指针进行压缩。

有同学可能会怀疑，是不是这个时候JVM把压缩指针的功能关闭了啊，那我们把这两个指针压缩参数显示地打开，再验证一下：

指定堆内存为32G，且显示打开指针压缩

你会发现，即便把压缩配置打开，也没有用，也就是说，当JVM的堆内存一旦超过32G，其指针压缩功能则自动失效。

为什么呢？

我们来算一下，既然指针压缩到了4byte，也就是32bit，同样按照之前算的，用排列组合的方式可以识别2^32个对象，也就是4G个对象，刚才同样也说了，在Java中，非简单对象都是必须以8byte对齐。

因此，其能够识别的最大内存就是4G*8byte=32GB。

这也是为什么很多Java服务在运行中，官方都建议单个运行实例的内存设置不要超过32GB的根本原因。典型的如Elasticsearch，很多资料都说设置JVM大小不要超过32G，但是很少有提到为什么。

结语

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又是一个跟Java相关的细节其基础的知识点，可能很多同学从来都没有care过，但希望通过本文能对你有所启发和帮助。

因公众号无法留言，如果你觉得我讲的还凑合或者有任何疑问，欢迎找我交流探讨...

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