在我们学习synchronized的原理之前，必须要先学习下java的对象头，这有助于我们理解synchronized。
一、对象头
1.1 对象头介绍
java对象分为对象头，对象体，对齐字段，如下所示：
我们下面主要关注对象头的内容：
对象头 = Mark Word + Klass Word
如果是数组对象则：
对象头 = Mark Word + Klass Word + 数组长度
Klass Word：存储一个地址，长度取决于系统位数，32位和64位，该地址指向方法区中类的元数据信息。
常见的虚拟机分为32位和64位，则其对象头也会不同：
在32位系统中，Mark Word = 4 bytes = 32 bits，对象头 = 8 bytes = 64 bits；
在64位系统中，Mark Word = 8 bytes = 64 bits ，对象头 = 16 bytes = 128bits；
bytes 是字节，bits 是位。
- 32位虚拟机虚拟机普通对象头
|-----------------------------------------------------------|
| Object Header (64 bits) |
|---------------------------------|-------------------------|
| Mark Word (32 bits) | Klass Word (32 bits) |
|---------------------------------|-------------------------|
- 32位虚拟机虚拟机数组对象头
|---------------------------------------------------------------------------------|
| Object Header (96 bits) |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|
| Mark Word(32bits) | Klass Word(32bits) | array length(32bits) |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|
- 32位虚拟机Mark Word
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| Mark Word(32bits) | State |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| hashcode:25 | age:4 | biased_lock:0 | lock:01 | Nomal |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| thread:23 | epoch:2 | age:4 | biased_lock:1 | lock:01 | Biased |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| ptr_to_lock_record:30 | lock:00 | Lightweight Locked |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| ptr_to_heavyweight_monitor:30 | lock:10 | Heavyweight Locked |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| | lock:11 | Marked for GC |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
- 64位虚拟机虚拟机普通对象头
|--------------------------------------------------------------------------------------------|
| Object Header(128bits) |
|--------------------------------------------------------------------------------------------|
| Mark Word(64bits) | Klass Word(64bits) |
|--------------------------------------------------------------------------------------------|
- 64位虚拟机虚拟机数组对象头
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Object Header (192 bits) |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|-----------------------|
| Mark Word(64bits) | Klass Word(64bits) | array length(32bits) | alignment(32bits) |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|-----------------------|
在数组对象当中，有一个对齐长度（alignment/padding gap）是8字节，但是其中是包含数组长度4个字节，所以对齐字节长度也是4，具体可以看我下一小节的演示。
- 64位虚拟机Mark Word
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| Mark Word(64bits) | State |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| unused:25|identity_hashcode:31|unused:1|age:4|biase_lock:0| lock:01 | Nomal |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| thread:54| epoch:2 |unused:1|age:4|biase_lock:1| lock:01 | Biased |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| ptr_to_lock_record:62 | lock:00 | Lightweight Locked |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| ptr_to_heavyweight_monitor:62 | lock:10 | Heavyweight Locked |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| | lock:11 | Marked for GC |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
1.2 查看对象头
引入下列依赖：
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.openjdk.jol/jol-core -->
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
<artifactId>jol-core</artifactId>
<version>0.16</version>
</dependency>
本文并没有使用网上大家都在使用的0.10版本，因为对比后我发现，新版本0.16更能清晰的体现对象头的内容。同学们可以自行对比下。
首先声明两个JVM的参数：
- -XX:-UseCompressedOops 关闭压缩
- -XX:+UseCompressedOops 开启压缩
我的是默认开启的，所以需要使用-XX:-UseCompressedOops将其关闭。
下面会简单模拟是普通对象和数组对象，我的电脑都是64位的，即参照64位虚拟机的结果。
给定一个空的Student对象：
public class Student {
}
测试类如下：
public class ObjectHeader {
public static void main(String[] args) {
//对象
Student student = new Student();
//数组
String[] strings = new String[]{};
// 打印jvm的具体参数
System.out.println(VM.current().details());
// 打印普通对象头信息
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(student).toPrintable());
// 打印数组对象头信息
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(strings).toPrintable());
}
}
结果如下：
Connected to the target VM, address: '127.0.0.1:63960', transport: 'socket'
# Running 64-bit HotSpot VM.
# Objects are 8 bytes aligned.
# Field sizes by type: 8, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]
# Array element sizes: 8, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]
com.cloud.bssp.thread.objectheader.Student object internals:
OFF SZ TYPE DESCRIPTION VALUE
0 8 (object header: mark) 0x0000000000000001 (non-biasable; age: 0)
8 8 (object header: class) 0x000000001c2b1cd0
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total
[Ljava.lang.String; object internals:
OFF SZ TYPE DESCRIPTION VALUE
0 8 (object header: mark) 0x0000000000000001 (non-biasable; age: 0)
8 8 (object header: class) 0x000000001bfa4268
16 4 (array length) 0
16 8 (alignment/padding gap)
24 0 java.lang.String String;.<elements> N/A
Instance size: 24 bytes
Space losses: 8 bytes internal + 0 bytes external = 8 bytes total
下面我们逐行进行讲解：
- JVM参数
// 64位虚拟机
Running 64-bit HotSpot VM.
// 按照8个字节对齐，即忽略第一个8字节
Objects are 8 bytes aligned.
// 忽略8字节后，余下的其实都是基本类型所占的字节：boolean,byte,char,short,int,float,long,double的大小
Field sizes by type: 8, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]
// 数组中元素所占字节，同上面
>Array element sizes: 8, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]
- 普通对象 com.cloud.bssp.thread.objectheader.Student
// 很明显，下面是mark word的大小，8个字节，64bits
object header: mark
// 如下是klass word的大小，8个字节，64bits
object header: class
// 实例大小是16字节。
Instance size: 16 bytes
//空间损失，是否有对其字节，内部对齐和外部对齐
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total
- 数组对象 [Ljava.lang.String; object
// 很明显，下面是mark word的大小，8个字节，64bits
object header: mark
// 如下是klass word的大小，8个字节，64bits
object header: class
// 数组长度
array length
// 内部的对齐字节大小
alignment/padding gap
// 空数组
java.lang.String String;.<elements> N/A
// 实例大小是24
Instance size: 24 bytes
//空间损失，8个是内部对齐字节，其中包含字节的长度4，也就是补齐了4个
Space losses: 8 bytes internal + 0 bytes external = 8 bytes total
二、Mark Word简介
这一节简单介绍小Mark Word当中的参数都是什么意思，以64位虚拟机介绍。
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| Mark Word(64bits) | State |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| unused:25|identity_hashcode:31|unused:1|age:4|biase_lock:0| lock:01 | Nomal |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| thread:54| epoch:2 |unused:1|age:4|biase_lock:1| lock:01 | Biased |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| ptr_to_lock_record:62 | lock:00 | Lightweight Locked |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| ptr_to_heavyweight_monitor:62 | lock:10 | Heavyweight Locked |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
| | lock:11 | Marked for GC |
|----------------------------------------------------------------------------------------------|
先看state这一列，由上至下分别代表synchronized锁的状态：无锁，偏向锁，轻量级锁，重量级锁，GC。每个锁的含义将在下一篇文章重点讲解。
下面以行为单位，由上至下查看：
Nomal （无锁）
unused：未使用25位
identity_hashcode：31位的对象标识hashCode
unused：未使用1位
age：4位的Java对象GC回收年龄。
biase_lock：1位偏向锁标记，0未启用
locked：2位锁状态标志位，配合biased_lock表示java对象各阶段不同锁状态。Biased（偏向锁）
thread：54位的持有偏向锁的线程id
epoch：偏向锁的时间戳
unused：未使用1位
age：4位的Java对象GC回收年龄。
biase_lock：1位偏向锁标记，1启用
locked：2位锁状态标志位，配合biased_lock表示java对象各阶段不同锁状态。Lightweight Locked（轻量级锁）
ptr_to_lock_record：轻量级锁状态下，指向栈中锁记录的指针。
locked：2位锁状态标志位，00表示轻量级锁。Heavyweight Locked（重量级锁）
ptr_to_heavyweight_monitor：重量级锁状态下，指向Monitor(监视器或管程，下一篇文章讲解)的指针。
locked：2位锁状态标志位，10表示轻量级锁。Marked for GC（GC标记）
locked：2位锁状态标志位，11表示被标记为垃圾回收。
关于对象头的内容，目前就介绍这么多，下一篇文章会讲解synchronized的相关内容和原理。有用的话给个关注，点赞吧！！