关于对象头以及Synchronized锁状态的理解

最近在看OpenJdk的源码，对对象头部分有了一个更直观的理解。同时，对象头中的MarkWord部分，又包含了对不同锁状态的标识，故以此为起点，梳理下不同锁状态的表示及不同锁状态的转换。

1、对象头

    JVM内部，使用 OOP-Klass 二分模型来表示类和对象，OOP用来表示Java对象实例，Klass用来表示Java类。在Java应用程序运行过程中，每创建一个Java对象，在JVM内部就会相应地创建一个OOP对象来对应（具体为instanceOopDesc对象）。而每加载一个Java类，也会对应创建一个Klass对象来对应（具体为instanceKlass对象）。

    Java对象在内存中的布局，可分为连续的两部分：instanceOopDesc + 实例数据。数组对象为：arrayOopDesc + 实例数据。

    这里的 instanceOopDesc 与 arrayOopDesc，即为对象头。对象头中的Mark Word，即 OopDesc 基类中的 _mark 成员，存储对象运行时信息，如Hash Code、Age、锁状态标识、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。对象头中的元数据指针，即 OopDesc 基类中的 _metadata 成员，指向描述对象所对应 Java 类的 Klass 对象。

2、锁状态

     目前 Synchronized 锁状态有四种，级别从低到高分别是：无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。对应到 Mark Word 里，锁状态标识如下图所示：

对象状态	25bit		4bit	1bit	2bit
	23bit	2bit		是否偏向锁	锁标识
Unlocked	Hashcode		Age	0	01
Light-weight locked	锁记录指针				00
Heavy-weight locked	Monitor指针				10
Mraked for GC	Forward指针				11
Biased/biasable	线程ID	Epoch	Age	1	01

    无锁：无锁不锁定资源，所有线程都能访问并修改同一资源，但同时只有一个线程能修改成功。

    偏向锁：Java6 中加入，如果一段同步代码，只被同一个线程访问，那么该线程会自动获取锁。

    轻量级锁：Java6 中加入，偏向锁被其他线程访问时，就会升级为轻量级锁，其他线程通过自旋尝试获取锁，不阻塞。

    重量级锁：等待锁的线程都会进入阻塞状态。

3、加锁解锁及锁状态转换

    1、偏向锁

    当一个线程访问同步块并获取锁时，会在对象头的 Mark Word 和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID。以后该线程在进入和退出该同步块时，直接检测当前 Mark Word 中存储的线程ID是否指向当前线程，如果是，则表示已获取锁。否则，如果 Mark Word 中偏向锁标识已被设置为1，则尝试使用CAS将 Mark Word 中线程ID指向当前线程。

    偏向锁不会主动释放，当有其他线程尝试获取锁时，才会释放锁。偏向锁的撤销，需等到全局安全点。首先暂停拥有偏向锁的线程，然后检查持有偏向锁的线程是否活动，如不处于活动状态，则将 Mark Word 设置为无锁状态；否则，拥有偏向锁的栈被执行，栈中的锁记录和 Mark Word 中的锁状态恢复到无锁或者升级为轻量级锁，最后唤醒暂停的线程。

    2、轻量级锁