CompressedOops：Java压缩参考简介

在本文中，我们将向您介绍一种称为Compressed oops的JVM优化。压缩oop的概念是由32位和64位体系结构之间的差异引起的。因此，我们将对64位体系结构进行简短的回顾，然后再深入探讨压缩oop的主题。最后，我们将通过一个简单的示例看到所有这些。

本文的示例代码非常简单，因此我们将不使用任何IDE。在32位计算机上，压缩oop没有任何意义。同样，在6u23之前的JDK中，默认情况下未激活它。因此，我们假设您使用的是比6u23更新的64位JDK。我们需要的最后一个工具是内存分析器工具。在此示例中，我们使用了行业标准的Eclipse Memory Analyzer Tool版本1.5。

1. 32位和64位

32位与64位在2000年代初风靡一时。尽管64位CPU在超级计算机领域并不是什么新鲜事物，但直到最近，个人计算机才将其推向主流。从32位架构过渡到64位绝非易事，从硬件到操作系统的所有事物都必须改变。 Java通过引入64位虚拟机来拥抱这种转变。

这种过渡的主要优势是存储容量。在32位系统中，您的内存地址宽度为32位（因此称为名称），这意味着可寻址内存的总量为2 ^ 32或4 GB RAM。过去，这可能是一台个人计算机的无限内存（毕竟，那些需要超过640kB RAM的内存！），但在拥有1 GB内存的智能手机被认为是低端产品的时候，却不是。 64位体系结构解决了此限制。在这样的机器中，可寻址内存的理论数量为2 ^ 64，这是一个非常大的数字。不幸的是，这只是一个理论上的上限，在现实世界中，有很多硬件和软件因素将我们限制在较小的内存上。例如，Windows 7 Ultimate仅支持最大192GB。仅将单词用于192 GB似乎有些苛刻，但与2 ^ 64相比，它显得苍白。现在您已经了解了为什么64位很重要，让我们继续进行下一部分，并了解压缩oop将如何为我们提供帮助。

2.理论上的压缩

“没有免费的午餐之类的东西”。 64位计算机中过多的内存需要付出一定的代价。通常，一个应用程序在64位系统上会消耗更多的内存，而在非平凡的应用程序中，这个数量是不可忽略的。压缩的oop通过在64位环境中使用32位类指针来帮助您保留一些内存，前提是您的堆大小不会大于32 GB。为了更详细地了解这一点，让我们看看如何用Java表示对象。

Java中的对象表示

为了查看Java中对象的表示方式，我们使用一个非常简单的示例，一个持有原始int的Integer对象。当您编写如下简单的代码行时：

Integer i = new Integer(23);

编译器为此对象分配了超过32位的堆。在Java中，int的长度为32位，但是每个对象都有标头。这些标头的大小在32位和64位以及不同的VM中有所不同。在32位虚拟机中，每个标头字段均为一个字或4个字节。在64位虚拟机中，保存int的字段保留为32位，但其他字段的大小加倍为8个字节（在64bit环境中为一个字）。实际上，故事还没有结束。对象是按字对齐的，这意味着在64位计算机中，它们占用的内存量必须能被64整除。对我们而言，主要关注点是类指针的大小，在Hotspot VM术语中称为Klass。正如您在下图中所看到的，在64位虚拟机上，klass大小为8个字节，但是启用了压缩oops后，大小变为4个字节。

不同VM中Integer对象的表示形式

压缩的oop如何实现

压缩后的oop中的oop表示普通对象指针。这些对象指针（如上一节所述）与计算机的本机指针大小相同。因此，在32位和64位计算机上，oops大小分别为32位或64位。使用压缩的oop，我们在64位计算机上具有32位指针。

压缩的oop背后的技巧是内存的字节寻址和字寻址之间的区别。使用字节寻址，您可以访问内存中的每个字节，但每个字节也需要一个唯一的地址。在32位环境中，这会将您限制为2 ^ 32字节的内存。在字寻址中，您仍然具有相同数量的可寻址存储块，但是此存储块是一个字而不是一个字节。在64位计算机中，一个字为8个字节。这为JVM提供了三个零位。 Java通过转移这些位来利用它们，以扩展可寻址内存并实现压缩的oop。

3.压缩的行动

要查看压缩的操作的效果，我们使用一个简单的应用程序。这是一个小的Java对象，它制作了200万个整数的链表。

为了能够查看堆条件，我们使用Eclipse Memory Analyzer Tool。由于我们没有使用Eclipse IDE，因此我们使用独立的应用程序。您可以从这里下载。

由于此示例仅使用一个类，因此我们不使用Eclipse或任何其他IDE。使用文本编辑器并创建一个名为IntegerApplication.java的文件。在文件中键入以下代码。请记住，文件名应与java类的名称匹配。您可以从本文的下载部分下载类文件，而无需手动输入。

IntegerApplication.java

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Scanner;public class IntegerApplication {public static void main(String[] args) {List<Integer> intList = new LinkedList<>();for(int i=0;i<2000000;i++){Integer number = new Integer(1);intList.add(number);}Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.println("application is running...");String tmp = scanner.nextLine();System.exit(0);}
}

打开命令提示符窗口，然后导航到该文件的目录。使用以下命令进行编译。

javac IntegerApplication.java

现在，您应该有一个IntegerApplication.class文件。我们运行此文件两次，一次启用压缩oop，第二次不使用压缩oop。在高于6u23的JVM中，默认情况下启用压缩操作，因此您只需要通过在命令提示符下键入以下命令来运行应用程序：

java IntegerApplication

您可能已经注意到源代码中的Scanner对象。它用于使应用程序保持活动状态，直到您键入某些内容并终止它为止。如果在命令提示符下看到“应用程序正在运行...”一词，则该启动内存分析器了。根据您的计算机，它可能需要一段时间才能完成初始化过程。

从文件菜单中选择获取堆转储...

Craft.io选择窗口

您将看到过程选择窗口。选择名为IntegerApplication的进程，然后单击“完成”。

一段时间后，您将进入MAT的主屏幕。从工具栏中选择直方图按钮，如图所示：

从工具栏中选择直方图

现在，您可以看到应用程序中所有对象的详细概述。这是在启用压缩oop的情况下运行的简单应用程序的直方图。

启用压缩oop的应用程序的堆转储。

这次，我们在没有压缩的情况下运行应用程序。为了禁用压缩的oop，我们使用-XX：-UseCompressedOops标志。您无需再次重新编译类，只需在命令提示符下键入以下命令：

java -XX:-UseCompressedOops IntegerApplication

同样，当您看到“应用程序正在运行...”文本时，将获得与以前相同的堆转储。这是应用程序在没有压缩的情况下运行时堆转储的直方图。

禁用压缩oop的应用程序堆转储

正如我们预期的那样，堆大小增加了。堆的大部分被两种类型的对象占据，即链表节点和整数。在压缩oop版本中，有超过200万个整数需要3200万个字节，而在非压缩oop版本中则需要4800万个字节。通过简单的数学运算，我们可以看到这完全符合我们的预测。

2000000 *（128/8）= 32000000或32兆字节

2000000 *（192/8）= 48000000或48兆字节

如果您在第二个方程式中注意到我们使用了192，而在上一节中，对象大小被称为160位。原因是Java是按字节寻址的，因此地址与最接近的8个字节对齐（在这种情况下为192位）。

4。结论

这里提供的示例是人为设计的，但这并不意味着它在现实世界的应用程序中不成立。与H2数据库应用程序一起测试时，压缩的oop将堆大小从3.6兆字节减少到了3.1兆字节。这将宝贵堆空间的使用效率提高了近14％。如我们所见，使用压缩的oop并没有什么危害，实际上，大多数情况下，您不会禁用此功能。但是，了解编译器技巧的细节可以帮助编写考虑性能的代码。