为啥没有定义 Java 的布尔原始大小？

Posted 2023-02-24

【中文标题】为啥没有定义 Java 的布尔原始大小？

【英文标题】：Why is Java's boolean primitive size not defined?为什么没有定义 Java 的布尔原始大小？

【发布时间】：2010-12-26 19:28:50

【问题描述】：

Java Virtual Machine Specification 表示对布尔 primitive 类型的支持有限。

没有专门用于布尔值操作的 Java 虚拟机指令。相反，Java 编程语言中对布尔值进行操作的表达式被编译为使用 Java 虚拟机 int 数据类型的值。

以上暗示（尽管我可能误解了它）在对布尔值进行操作时使用 int 数据类型，但这是一个 32 位内存构造。鉴于布尔值仅代表 1 位信息：

为什么不将字节或短类型用作布尔值而不是 int 的代理？ 对于任何给定的 JVM，什么是准确找出用于存储布尔类型的内存量的最可靠方法是什么？

【参考方案1】：

简短回答：是的，布尔值作为 32 位实体进行操作，但布尔数组每个元素使用 1 个字节。

更长的答案：JVM 使用 32 位堆栈单元，用于保存局部变量、方法参数和表达式值。小于 1 个单元的基元被填充，大于 32 位（长和双）的基元占用 2 个单元。这种技术最大限度地减少了操作码的数量，但确实有一些特殊的副作用（例如需要屏蔽字节）。

存储在数组中的基元可能使用少于 32 位，并且有不同的操作码可以从数组中加载和存储基元值。布尔值和字节值都使用 baload 和 bastore 操作码，这意味着布尔数组每个元素占用 1 个字节。

就内存对象布局而言，这包含在“私有实现”rules 中，它可以是 1 位、1 字节，或者如另一张海报所述，与 64 位双字对齐边界。最有可能的是，它采用底层硬件的基本字长（32 位或 64 位）。

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就最小化布尔值使用的空间量而言：对于大多数应用程序来说，这确实不是问题。堆栈帧（保存局部变量和方法参数）不是很大，在大方案中，对象中的离散布尔值也不是那么大。如果您有很多带有大量布尔值的对象，那么您可以使用通过 getter 和 setter 管理的位域。但是，您将在 CPU 时间上付出代价，这可能比在内存中的代价更大。

【讨论】：

对于布尔/字节类成员，它们也是 4 个字节是否也是如此？类实例在堆栈上作为一个整体分配，所以我可以想象，JVM 可能应该为每个布尔/字节成员使用 1 个字节，最后为完整的类实例进行 4 字节对齐。是这样吗？ （如果您有证明这一点的参考资料，请分享）

@dma_k：正如我在回复中指出的，类实例的布局取决于实现。但是，请注意，类实例不存储在堆栈中，它们存储在堆中（尽管您会看到一些对 JDK 7“逃逸分析”将对象从堆栈移动到堆的引用，但情况似乎并非如此；请参阅 java.sun.com/javase/7/docs/technotes/guides/vm/...)

有时打包布尔值实际上可能更快。每当缓存大小很重要时，打包东西可能会更好。例如，分段素筛以 32 kB（L1 缓存大小）的块工作，比非分段筛快得多。块之间存在一些开销，并且通过打包，您支付开销的频率降低了八倍。我还没量过。

【参考方案2】：

继承层次结构中某处的单个布尔值最多可以使用 8 个字节！这是由于填充。更多详情可在How much memory is used by my Java object?：

回到如何 布尔值消耗很多，是的 消耗至少一个字节，但由于 对齐规则它可能会消耗很多 更多的。恕我直言，更有趣的是 知道 boolean[] 会消耗一个 每个条目的字节而不是一位，加上 由于对齐和为 数组的大小字段。有 大领域的图算法 位很有用，你需要 请注意，如果您使用 boolean[] 几乎正好需要 8 倍以上 内存比实际需要（1 字节 与 1 位相比）。

【讨论】：

如何使用布尔值[]？

boolean[] 可用于掩码。不过，有时 BitSet 会更好，因为它有一些有用的方法。

【参考方案3】：

Java in a Nutshell 的第 5 版 (O'Reilly) 说布尔原始类型是 1 个字节。根据堆检查显示的内容，这可能是错误的。我想知道大多数 JVM 是否存在为变量分配少于一个字节的问题。

【参考方案4】：

布尔映射是在考虑到 32 位 CPU 的情况下完成的。 int 值有 32 位，因此可以在一次操作中处理。

这是来自Peter Norvig's Java IAQ: Infrequently Answered Questions 的解决方案，用于测量尺寸（有些不精确）：

static Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
...
long start, end;
Object obj;
runtime.gc();
start = runtime.freememory();
obj = new Object(); // Or whatever you want to look at
end =  runtime.freememory();
System.out.println("That took " + (start-end) + " bytes.");

【讨论】：

由于本次对话是关于原语的，因此您必须在测试时发挥创造力，因为原语不会存储在堆中，除非它们是实例或数组上的字段。这些都没有回答 Java 将如何选择将其存储在堆栈中的问题。

【参考方案5】：

CPU 以特定的数据类型长度运行。对于 32 位 CPU，它们的长度为 32 位，因此在 Java 中称为“int”。在 CPU 可以处理之前，必须将低于或高于此长度的所有内容填充或拆分为该长度。这不会花费太多时间，但如果您需要 2 个 CPU 周期而不是 1 个用于基本操作，这意味着成本/时间翻倍。

此规范专用于 32 位 CPU，以便它们可以使用其本机数据类型处理布尔值。

您在这里只能有一个：速度或内存 - SUN 决定速度。

【参考方案6】：

我们无法确定布尔数据类型的确切大小。 它取决于虚拟机或因操作系统而异。

【参考方案7】：

为什么不制作一个这样的 .java 文件：

空.java

class Empty

还有这样的一类：

NotEmpty.java

class NotEmpty
   boolean b;

编译它们并用十六进制编辑器比较 .class 文件。

【讨论】：

这完全是另一个指标，与内存中原始布尔类型的大小无关。