多线程与高并发（4）——对象头和锁升级

本文主要总结对象头以及锁升级的过程。

一、对象布局

对象实例在堆内存中被分为三部分：对象头、实例数据、对齐填充。
对象头又包括：markWord，类型指针和、数组长度（可选，数组类型时才有）。

1、markword这部分其实就是加锁的核心，同时还包含的对象的一些生命信息，例如是否GC、进过了几次Young GC还存活。记录了对象和锁有关的信息，在64位的JVM中，Mark Word为64 bit。后面详细列出来。
2、class pointer记录了指向对象的class文件指针。
3、instance data记录了对象里面的实际变量数据。
4、padding是会将对象所占的字节对齐到8的倍数。对象在64位服务器版本中，规定对象内存必须要能被8字节整除，如果不能整除，那么就靠对齐来补。举个例子：new出了一个对象，内存只占用18字节，但是规定要能被8整除，所以padding=6。

二、对象头（markword）

锁状态的记录主要存储在markword中，markword的结构如下以64位为例，markWord的结构通过以下代码来看：

import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;

public class synDemo {
    private static Object  o;
    public static void main(String[] args) {
        o = new Object();
        synchronized (o){
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        }
    }
}

输出结果如下所示，我们先看未加锁时的执行结果：

我们从上图可以看出：
（1）对象头（Object Header）包含了12个字节分为3行，其中前2行其实就是markword，第三行就是class指针；
（2）实例数据为16个字节；
（3）对齐为4个字节，这样总数就为32是8的倍数。
加锁后的执行结果如下：

（4）加锁前后输出从001变成了000。
Markword用处：8字节(64bit)的头记录一些信息，锁就是修改了markword的内容8字节(64bit)的头记录一些信息。从001无锁状态，变成了00轻量级锁状态。
Markword结构如下：

拓展：什么样的对象会进入老年代？很多场景例如对象太大了可以直接进入，但是这里想探讨的是为什么从Young GC的对象最多经历15次Young GC还存活就会进入Old区（年龄是可以调的，默认是15）。上图中hotspots的markword的图中，用了4个bit去表示分带年龄，那么能表示的最大范围就是0-15。所以这也就是为什么设置新生代的年龄不能超过15，工作中可以通过-XX:MaxTenuringThreshold去调整，但是一般我们不会动。
参考：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1704054204411782859&wfr=spider&for=pc

三、锁升级

锁升级我不想用大量的文字描述，直接看下图：

轻量级锁又是自旋锁，线程数少的情况下，用自旋锁；线程数多，操作时间长，则是转向重量级锁。锁升级的过程是不可逆的。
偏向的意义在于：第一个线程拿到锁，将自己的线程信息标记在锁上，下次进来就不需要在拿去拿锁验证了。如果超过1个线程去抢锁，那么偏向锁就会撤销，升级为轻量级锁，偏向锁并不算一把真正的锁，因为只有一个线程去访问共享资源的时候才会有偏向锁这个情况。
扩展：都说syn为重量级锁，那么到底重在哪里？
JVM偷懒把任何跟线程有关的操作全部交给操作系统去做，例如调度锁的同步直接交给操作系统去执行，而在操作系统中要执行先要入队，另外操作系统启动一个线程时需要消耗很多资源，消耗资源比较重，重就重在这里。
关于锁升级，可以看一篇有味道的文章：没错，我就是厕所所长！