分析对象内部结构，并详解synchronized锁膨胀升级和降级的过程

1. 对象内部结构

一个对象内部结构由对象头、实例成员以及对齐填充组成。其中对象头由64位的Mark Word以及元数据指针和数组长度(只有数组对象才有)组成，其中元数据指针指向的是元空间中该对象的类.class。其中Mark Word包括一位偏向状态和两位锁状态标志，如下图。

 

2. 内部结构查看

2.1 jor-core插件下载

首先，我们去maven仓库下载一个jol-core插件或者在pom.xml中配置一下依赖，我这边使用的是IDEA2020版，所以下载了2020年的一个版本，如下图。

 

 

2.2 对象内部结构分析

2.2.1 不是数组对象，而且有填充补齐位。填充补齐位为了凑成8个字节，64位，方便64位系统寻址。

2.2.2 不是数组对象，且没有填充补齐位

2.2.3 数组对象

 

3. 锁升级或降级过程的锁标志位

3.1 偏向锁的启用和延时

3.1.1 偏向锁是否启用，可通过-XX:+UseBiasedLocking开启偏向锁以及-XX:-UseBiasedLocking关闭偏向锁；偏向锁启动延时时间，可通过-XX:BiasedLockingStartupDealy变量设置时间，ms为单位。通过 java -XX:+PrintFlagsFinal -version | findstr "BiasedLocking" 可查看java关于偏向锁的默认设置，如下图。

3.1.2 启动偏向锁，并设定偏向锁启动延迟时间为4s，如下图。

3.2 偏向锁升级、膨胀过程(本节操作都是在开启偏向锁，而且延时为0的场景下)

3.2.1 升级为偏向锁，高位的三位锁标志是101(带线程id)；释放锁不会降级。

3.2.2 升级为轻量级锁，高位的锁标志是两位00。如果抢锁的线程和对象头内偏向锁记录的线程不一致时，升级为轻量级锁；

注意，其它博客提到的这么一句话：如果偏向锁的那个偏向线程不存在，锁不升级。经过实践，仍然还是升级为轻量级锁了！！！

3.2.3 再次抢锁时，直接从无锁状态变为轻量级锁，然后释放锁又降级为无锁状态

3.2.4 只要两个线程同时争抢，那么线程直接就升级为重量级锁，不管原先是什么锁状态；而且释放锁后，也不会降级。

这边需要提一下Lock Record，每一个线程在抢锁时，都会先在线程的栈帧中创建存储Lock Record的空间(存储共享对象的Mark Word的拷贝)；然后每个线程抢锁时都会尝试将共享对象的Mark Word指向自己的Lock Record。最终，共享对象的Mark Word会存储抢锁成功线程的Lock Record地址；那些抢锁失败的线程会CAS自旋一定次数，如果在指定次数内成功了(默认10次)，那么就更改共享对象的Mark Word；如果指定次数后仍不成功，就将锁升级为重量级锁了。

 

附录

最终出现了一个问题，系统开启偏向锁，两个线程间隔100ms抢锁后都是偏向锁，第二个线程抢锁没有升级为轻量级锁；而且两次对象头内容都一样，为什么？？？

当两个线程抢锁的时间间隔改为20ms，锁升级变化过程又正常了。