后端JavaJVM
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JVM-对象头结构

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  1. 1. 对象头
  2. 2. Mark Word
  3. 3. 锁升级流程
  4. 4. 参考资料

对象头

Java对象保存在内存中时，由三部分组成：对象头、实例数据、对齐填充字节。
对象头又由三部分组成：Mark Word、指向类的指针、数组长度（只有数组对象才有）。

  • Mark Word: 在32位JVM中的长度是32bit，在64位JVM中长度是64bit。
  • 指向类的指针：该指针在32位JVM中的长度是32bit，在64位JVM中长度是64bit。Java对象的类数据保存在方法区。
  • 数组长度：只有数组对象保存了这部分数据。该数据在32位和64位JVM中长度都是32bit。
  • 实例数据：对象的实例数据就是在java代码中能看到的属性和他们的值。
  • 对齐填充字节：因为JVM要求java的对象占的内存大小应该是8bit的倍数，所以后面有几个字节用于把对象的大小补齐至8bit的倍数，没有特别的功能。

以32位JVM:

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普通对象:
    |--------------------------------------------------------------| 
    |                   Object Header (64 bits)                    |
    |-------------------------------|------------------------------| 
    | Mark Word (32 bits)           | Klass Word (32 bits)         |
    |-------------------------------|------------------------------|

数组对象:
    |---------------------------------------------------------------------------------|
    |                       Object Header (96 bits)                                   |
    |--------------------------------|-----------------------|------------------------|
    | Mark Word(32bits)              | Klass Word(32bits)    | array length(32bits)   |
    |--------------------------------|-----------------------|------------------------|

Mark Word

Mark Word在32位JVM中的长度是32bit，在64位JVM中长度是64bit。

利用 jol 第三方工具来查看对象头信息，官网：http://openjdk.java.net/projects/code-tools/jol/

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32位JVM:
    |-------------------------------------------------------|--------------------|
    |                                   Mark Word (32 bits) |              State |
    |-------------------------------------------------------|--------------------|
    |              hashcode:25 | age:4 | biased_lock:0 | 01 | Normal             |
    |-------------------------------------------------------|--------------------|
    |      thread:23 | epoch:2 | age:4 | biased_lock:1 | 01 | Biased             |
    |-------------------------------------------------------|--------------------|
    | ptr_to_lock_record:30                            | 00 | Lightweight Locked |
    |-------------------------------------------------------|--------------------|
    | ptr_to_heavyweight_monitor:30                    | 10 | Heavyweight Locked |
    |-------------------------------------------------------|--------------------|
    |                                                  | 11 | Marked for GC      |
    |-------------------------------------------------------|--------------------|

64位JVM:
    |--------------------------------------------------------------------|--------------------|
    |                                                Mark Word (64 bits) |              State |
    |--------------------------------------------------------------------|--------------------|
    |    unused:25 | hashcode:31 | unused:1 | age:4 | biased_lock:0 | 01 | Normal             |
    |--------------------------------------------------------------------|--------------------|
    |        thread:54 | epoch:2 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | 01 | Biased             |
    |--------------------------------------------------------------------|--------------------|
    |                                         ptr_to_lock_record:62 | 00 | Lightweight Locked |
    |--------------------------------------------------------------------|--------------------|
    |                                 ptr_to_heavyweight_monitor:62 | 10 | Heavyweight Locked |
    |--------------------------------------------------------------------|--------------------|
    |                                                               | 11 | Marked for GC      |
    |--------------------------------------------------------------------|--------------------|

锁升级流程

其中无锁和偏向锁的锁标志位都是01，只是在前面的1bit区分了这是无锁状态还是偏向锁状态。

JDK1.6以后的版本在处理同步锁时存在锁升级的概念，JVM对于同步锁的处理是从偏向锁开始的，随着竞争越来越激烈，处理方式从偏向锁升级到轻量级锁，最终升级到重量级锁。

JVM一般是这样使用锁和Mark Word的：

  1. 当没有被当成锁时，这就是一个普通的对象，Mark Word记录对象的HashCode，锁标志位是01，是否偏向锁那一位是0。
  2. 当对象被当做同步锁并有一个线程A抢到了锁时，锁标志位还是01，但是否偏向锁那一位改成1，前23bit记录抢到锁的线程id，表示进入偏向锁状态。
  3. 当线程A再次试图来获得锁时，JVM发现同步锁对象的标志位是01，是否偏向锁是1，也就是偏向状态，Mark Word中记录的线程id就是线程A自己的id，表示线程A已经获得了这个偏向锁，可以执行同步锁的代码。
  4. 当线程B试图获得这个锁时，JVM发现同步锁处于偏向状态，但是Mark Word中的线程id记录的不是B，那么线程B会先用CAS操作试图获得锁，这里的获得锁操作是有可能成功的，因为线程A一般不会自动释放偏向锁。如果抢锁成功，就把Mark Word里的线程id改为线程B的id，代表线程B获得了这个偏向锁，可以执行同步锁代码。如果抢锁失败，则继续执行步骤5。
  5. 偏向锁状态抢锁失败，代表当前锁有一定的竞争，偏向锁将升级为轻量级锁。JVM会在当前线程的线程栈中开辟一块单独的空间，里面保存指向对象锁Mark Word的指针，同时在对象锁Mark Word中保存指向这片空间的指针。上述两个保存操作都是CAS操作，如果保存成功，代表线程抢到了同步锁，就把Mark Word中的锁标志位改成00，可以执行同步锁代码。如果保存失败，表示抢锁失败，竞争太激烈，继续执行步骤6。
  6. 轻量级锁抢锁失败，JVM会使用自旋锁，自旋锁不是一个锁状态，只是代表不断的重试，尝试抢锁。从JDK1.7开始，自旋锁默认启用，自旋次数由JVM决定。如果抢锁成功则执行同步锁代码，如果失败则继续执行步骤7。
  7. 自旋锁重试之后如果抢锁依然失败，同步锁会升级至重量级锁(Monitor锁)，锁标志位改为10。在这个状态下，未抢到锁的线程都会被阻塞。

参考资料