Synchronized关键字------------ 对象头

Java对象头的组成

java对象头分为两部分， mark word 和  klass pointer。

mark word 包括: 对象hashcode，，分代年龄4bit,偏向锁1bit,锁 类型2bit。

klass pointer存储对象的类型指针，该指针指向它的类元数据。

64位 JVM会默认使用选项 +UseCompressedOops 开启指针压缩，将指针压缩至32位。

以64位操作系统为例，对象头存储内容图例。

其中，lock:  锁状态标记位，该标记的值不同，整个mark word表示的含义不同。

biased_lock：偏向锁标记，为1时表示对象启用偏向锁，为0时表示对象没有偏向锁。

age：Java GC标记位对象年龄。为什么默认是16岁回收，因为只有4bit，4bit 1111最大是15。

identity_hashcode：对象标识Hash码，采用延迟加载技术。当对象使用HashCode()计算后，并会将结果写到该对象头中。当对象被锁定时，该值会移动到线程Monitor中。

thread：持有偏向锁的线程ID和其他信息。这个线程ID并不是JVM分配的线程ID号，和Java Thread中的ID是两个概念。

epoch：偏向时间戳。

ptr_to_lock_record：指向栈中锁记录的指针。

ptr_to_heavyweight_monitor：指向线程Monitor的指针。

使用JOL工具类，打印对象头#

使用maven的方式，添加jol依赖

<dependency>
  <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
  <artifactId>jol-core</artifactId>
  <version>0.8</version>
</dependency>

 

创建一个对象A

public class A {
    boolean flag = false;
}

 

使用jol工具类输出A对象的对象头

public static void main(String[] args){
    A a = new A();
    System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
}

看看输出结果

输出的第一行内容和锁状态内容对应

unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2

     0           0000             0                01     代表A对象正处于无锁状态

 

第三行中表示的是被指针压缩为32位的klass pointer

第四行则是我们创建的A对象属性信息 1字节的boolean值

第五行则代表了对象的对齐字段 为了凑齐64位的对象，对齐字段占用了3个字节，24bit

 

偏向锁#

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread.sleep(5000);
    A a = new A();
    System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
}

转存失败重新上传取消转存失败重新上传取消转存失败重新上传取消转存失败重新上传取消

 转存失败重新上传取消转存失败重新上传取消转存失败重新上传取消转存失败重新上传取消输出结果

刚开始使用这段代码我是震惊的，为什么睡眠了5s中就把活生生的A对象由无锁状态改变成为偏向锁了呢？别急，容我慢慢道来！

 

JVM启动时会进行一系列的复杂活动，比如装载配置，系统类初始化等等。在这个过程中会使用大量synchronized关键字对对象加锁，且这些锁大多数都不是偏向锁。为了减少初始化时间，JVM默认延时加载偏向锁。这个延时的时间大概为4s左右，具体时间因机器而异。当然我们也可以设置JVM参数 -XX:BiasedLockingStartupDelay=0 来取消延时加载偏向锁。

 

可能你又要问了，我这也没使用synchronized关键字呀，那不也应该是无锁么？怎么会是偏向锁呢？

仔细看一下偏向锁的组成，对照输出结果红色划线位置，你会发现占用 thread 和 epoch 的 位置的均为0，说明当前偏向锁并没有偏向任何线程。此时这个偏向锁正处于可偏向状态，准备好进行偏向了！你也可以理解为此时的偏向锁是一个特殊状态的无锁。

 

大家可以看下面这张图理解一下对象头的状态的创建过程

 

再来看看这段代码，使用了synchronized关键字

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread.sleep(5000);
    A a = new A();
    synchronized (a){
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
    }
}

此时对象a，对象头内容有了明显的变化，当前偏向锁偏向主线程。

 

轻量级锁#

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread.sleep(5000);
    A a = new A();

    Thread thread1 = new Thread(){
        @Override
        public void run() {
            synchronized (a){
                System.out.println("thread1 locking");
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
            }
            try {
                //thread1退出同步代码块，且没有死亡
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    };

    Thread thread2 = new Thread(){
        @Override
        public void run() {
            synchronized (a){
                System.out.println("thread2 locking");
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
            }
        }
    };
    thread1.start();

       //让thread1执行完同步代码块中方法。
    Thread.sleep(3000);
    thread2.start();
}

thread1中依旧输出偏向锁，thread2获取对象A时，thread1已经退出同步代码块，故此时thread2输出结果为轻量级锁。

 

重量级锁#

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread.sleep(5000);
    A a = new A();
    Thread thread1 = new Thread(){
        @Override
        public void run() {
            synchronized (a){
                System.out.println("thread1 locking");
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
                try {
                    //让线程晚点儿死亡，造成锁的竞争
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    };
    Thread thread2 = new Thread(){
        @Override
        public void run() {
            synchronized (a){
                System.out.println("thread2 locking");
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    };
    thread1.start();
    thread2.start();
}

thread1 和 thread2 同时竞争对象a，此时输出结果为重量级锁