閱讀本博客前，需要了解基本的同步概念，傳送門：http://note.youdao.com/noteshare?id=7f10475c6bb01658b955eaca531c0be6&sub=590214A72B3C455FAB266C4FB7A32698
我們都知道，Java對象存儲在堆（Heap）內存。那麼一個Java對象到底包含什麼呢？概括起來分爲對象頭、對象體和對齊字節。如下圖所示：
對象的幾個部分的作用：
1.對象頭中的Mark Word（標記字）主要用來表示對象的線程鎖狀態，另外還可以用來配合GC、存放該對象的hashCode；
2.Klass Word是一個指向方法區中Class信息的指針，意味着該對象可隨時知道自己是哪個Class的實例；
3.數組長度也是佔用64位（8字節）的空間，這是可選的，只有當本對象是一個數組對象時纔會有這個部分；
4.對象體是用於保存對象屬性和值的主體部分，佔用內存空間取決於對象的屬性數量和類型；
5.對齊字是爲了減少堆內存的碎片空間（不一定準確）。
瞭解了對象的總體結構，接下來深入地瞭解對象頭的三個部分。
一、Mark Word（標記字）
Java對象的狀態主要靠Mark Word來標記，主要有5種，大部分與線程有關。這裏以64位JVM爲例：
以上是Java對象處於5種不同狀態時，Mark Word中64個位的表現形式，上面每一行代表對象處於某種狀態時的樣子。其中各部分的含義如下：
lock:2位的鎖狀態標記位，由於希望用儘可能少的二進制位表示儘可能多的信息，所以設置了lock標記。該標記的值不同，整個Mark Word表示的含義不同。biased_lock和lock一起，表達的鎖狀態含義如下：
biased_lock lock 狀態
0 01 無鎖
1 01 偏向鎖
00 輕量級鎖
10 重量級鎖
11 GC標記
biased_lock：對象是否啓用偏向鎖標記，只佔1個二進制位。爲1時表示對象啓用偏向鎖，爲0時表示對象沒有偏向鎖。lock和biased_lock共同表示對象處於什麼鎖狀態。
age：4位的Java對象年齡。在GC中，如果對象在Survivor區複製一次，年齡增加1。當對象達到設定的閾值時，將會晉升到老年代。默認情況下，並行GC的年齡閾值爲15，併發GC的年齡閾值爲6。由於age只有4位，所以最大值爲15，這就是-XX:MaxTenuringThreshold選項最大值爲15的原因。
identity_hashcode：31位的對象標識hashCode，採用延遲加載技術。調用方法System.identityHashCode()計算，並會將結果寫到該對象頭中。當對象加鎖後（偏向、輕量級、重量級），MarkWord的字節沒有足夠的空間保存hashCode，因此該值會移動到管程Monitor中。
thread：持有偏向鎖的線程ID。
epoch：偏向鎖的時間戳。
ptr_to_lock_record：輕量級鎖狀態下，指向棧中鎖記錄的指針。
ptr_to_heavyweight_monitor：重量級鎖狀態下，指向對象監視器Monitor的指針。
我們通常說的通過synchronized實現的同步鎖，真實名稱叫做重量級鎖。但是重量級鎖會造成線程排隊（串行執行），且會使CPU在用戶態和核心態之間頻繁切換，所以代價高、效率低。爲了提高效率，不會一開始就使用重量級鎖，JVM在內部會根據需要，按如下步驟進行鎖的升級：
1.初期鎖對象剛創建時，還沒有任何線程來競爭，對象的Mark Word是下圖的第一種情形，這偏向鎖標識位是0，鎖狀態01，說明該對象處於無鎖狀態（無線程競爭它）。
2.當有一個線程來競爭鎖時，先用偏向鎖，表示鎖對象偏愛這個線程，這個線程要執行這個鎖關聯的任何代碼，不需要再做任何檢查和切換，這種競爭不激烈的情況下，效率非常高。這時Mark Word會記錄自己偏愛的線程的ID，把該線程當做自己的熟人。如下圖第二種情形。
3.當有兩個線程開始競爭這個鎖對象，情況發生變化了，不再是偏向（獨佔）鎖了，鎖會升級爲輕量級鎖，兩個線程公平競爭，哪個線程先佔有鎖對象並執行代碼，鎖對象的Mark Word就執行哪個線程的棧幀中的鎖記錄。如下圖第三種情形。
4.如果競爭的這個鎖對象的線程更多，導致了更多的切換和等待，JVM會把該鎖對象的鎖升級爲重量級鎖，這個就叫做同步鎖，這個鎖對象Mark Word再次發生變化，會指向一個監視器對象，這個監視器對象用集合的形式，來登記和管理排隊的線程。如下圖第四種情形。
如果線程競爭鎖以圖的方式來單獨描述的話，鎖對象處於5種狀態下的Mark Word分別表現如下：
二、Klass Word（類指針）
這一部分用於存儲對象的類型指針，該指針指向它的類元數據，JVM通過這個指針確定對象是哪個類的實例。該指針的位長度爲JVM的一個字大小，即32位的JVM爲32位，64位的JVM爲64位。
如果應用的對象過多，使用64位的指針將浪費大量內存，統計而言，64位的JVM將會比32位的JVM多耗費50%的內存。爲了節約內存可以使用選項+UseCompressedOops開啓指針壓縮，其中，oop即ordinary object pointer普通對象指針。開啓該選項後，下列指針將壓縮至32位：
- 每個Class的屬性指針（即靜態變量）
- 每個對象的屬性指針（即對象變量）
- 普通對象數組的每個元素指針
當然，也不是所有的指針都會壓縮，一些特殊類型的指針JVM不會優化，比如指向PermGen的Class對象指針(JDK8中指向元空間的Class對象指針)、本地變量、堆棧元素、入參、返回值和NULL指針等。
三、數組長度
如果對象是一個數組，那麼對象頭還需要有額外的空間用於存儲數組的長度，這部分數據的長度也隨着JVM架構的不同而不同：32位的JVM上，長度爲32位；64位JVM則爲64位。64位JVM如果開啓+UseCompressedOops選項，該區域長度也將由64位壓縮至32位。
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