Java对象结构与内置锁

Java内置锁的很多重要信息都存放在对象结构中

1.Java对象结构

Java对象包括三部分：对象头、实例数据和对齐字节
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对象头：
- 第一个字段叫做Mark Word，用于存储自身运行时数据，例如GC标志位，哈希码，锁状态信息
- 第二个字段叫做Class Pointer(类对象指针)，用于存放方法区Class对象的地址，虚拟机通过这个指针来确定这个对象属于哪个类的实例
- 第三个字段叫做Array Length(数组长度)。如果队形是一个Java数组，那么此字段必须要有，用于记录数组长度的数据；如果对象不是一个数组，那么此字段不存在，所以这是一个可选字段
实例数据

实例数据存放的就是对象的实例数据，用于成员属性值，包括父类的成员属性值。
对齐填充

没有作用，只是为了填充长度

2.对象结构中核心字段的运用

Mark Word字段主要用来表示对象的线程锁状态，另外可以用来配合GC存放该对象的hashCode
Class Pointer字段是一个指向方法区的Class信息指针，意味着该对象随时可以知道自己是哪个对象的实例
Array Length字段占用32位，这是可选的，只有当本对象是一个数组对象时才会有这个部分
对象体用于保存对象的属性值，是对象的主题部分，占用的内存空间大小取决于对象的属性数量和类型
对齐字节并不是必然存在的

3.对象结构中字段的长度

Java内置锁的状态共有四级：无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁。在jdk1.6之前Java的内置锁只有一个重量级锁，但是在1.6之后，JVM为了提高锁的获取和释放效率，对synchronized的实现进行了优化，引入了偏向锁和轻量级锁，从此Java的内置锁就有了4种状态，并且会随着竞争的情况逐渐升级，而且是不可逆的过程，即不会降级，也就是说只能升级。

Mark Word字段的结构与Java内置锁的状态相关。为了让Mark Word字段存储更多的信息，JVM将Mark Word最低的两个位设置为Java的内置锁状态位，不同的锁状态下的32位Mark Word结构也不同
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64位Mark Word的构成

lock: 锁状态标记，占两个二进制位，由于希望用尽可能少的二进制位表示尽可能多的信息，因此设置了lock标记。该标记的值不同，整个Mark Word表示的含义就不同
biased_lock ：对象是否为偏向锁标记，只占一个二进制位。为1时表示对象启用偏向锁，为0时表示对象没有启用偏向锁

lock和biased_lock两个标记位组合在一起共同表示Object实例处于什么样的锁状态

age: 4位的Java对象分代年龄。
identity_hashcode：31位的对象标识hashCode,采用延时加载技术，当调用Object.hashCode方法或者System.identityHashCode()方法计算对象的HashCode后，其结果将被写入到该对象的头中。当对象被锁定的时候，该值会移动到Moniteor中
thread: 54位的线程Id
epoch: 偏向时间戳
ptr_to_lock_record： 62位，轻量级锁状态下指向栈帧中锁记录的指针
ptr_to_heavyweight_monitor：62位，在重量级锁的状态下指向对象监视器的指针

4.无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁

在jdk1.6版本之前，所有的Java内置锁都是重量级锁，重量级锁会造成CPU在用户态和核心态之间频繁切换，所以代价高、效率低。jdk1.6版本为了减少获得锁和释放锁所带来的性能消耗，引入了偏向锁和轻量级锁的实现。

无锁状态

Java对象刚创建的时候还没有任何线程来竞争，说明该对象时处于无锁状态，这时候偏向锁标识位是0，锁状态是01，无锁状态下的Mark Word如图所示：
偏向锁状态

偏向锁是指一段同步代码一直被同一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁，降低获取锁的代价。如果内置锁处于偏向状态，当有一个线程来竞争锁的时候，先用偏向锁，标识内置锁偏爱这个线程，这个线程要执行该锁关联的同步代码时，不需要再做任何检查和切换。偏向锁在竞争不激烈的情况下效率非常高

偏向锁状态的Mark Word会记录内置锁自己偏爱的线程id,内置锁会将该线程当作自己熟悉的人