Java对象的内存结构
对象内存结构
在64位操作系统下，
MarkWord（下图_mark）占64位
KlassWord(下图_klass)占32位 64位系统的Klass Word不是32位，默认64位，开启指针压缩后为32（感谢评论老哥的指出）
64位系统的Klass Word不是32位，默认64位，开启指针压缩后为32
_lengh(只有数据对象才有，不考虑)
实例数据（下图instance data）看参数的类型，int就占32位（4byte）
补齐（padding）是JVM规定java对象内存必须是8byte的倍数，如果实例数据占2byte，那么（64bit的Markword+32bit的Klassword+实例数据32bit）=128bit=16byte是8byte的倍数，所以padding部分为0。
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JDK8
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
<artifactId>jol-core</artifactId>
<version>0.9</version>
</dependency>
public class SynchronizedDemo {
public static void main(String[] args) {
Dog dog = new Dog();
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());
}
}
class Dog {
char age;
}
如上图所示，对象头中的MarkWord占8byte,KlassWord占4个byte，实例属性age是char类型占2个byte,那么此时加起来为14byte，为了满足是8的倍数，要补充2个byte。
下图是当Dog对象里的age变为int时打印的结果，请自行对比。
对象头
下图是引自《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践（第3版） 周志明》中的一个图，下图是32操作系统下的对象头中的Mark Word（32位），Klass Word(32位),一共是64位。
64操作系统下，Mark Word的长度是64，在加Klass Word(32位)，一共是96位，其实对象头长什么样其实不是本文的重点，本文的重点是验证锁升级的过程，所以我们只需要关注对象头中Mark Word的最后3位即可，如下图中的后3位。
锁升级的过程
锁状态
25bit
4bit
1bit
2bit
23bit
2bit
是否偏向锁
锁标志位
1
无锁
对象的HashCode
分代年龄
0
01
2
无锁
对象的HashCode
分代年龄
1
01
3
偏向锁
线程ID
Epoch
分代年龄
1
01
4
轻量级锁
指向栈中锁记录的指针
00
5
重量级锁
指向重量级锁的指针
10
6
GC标记
空
11
前提
由于大小端引起的问题，使得这里展示的高低位相反，如下图所示，所以我要关注的就是⑧位置的最后3位足矣。
无锁状态
public class SynchronizedDemo {
public static void main(String[] args) {
Dog dog = new Dog();
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());
}
}如下图所示，001表示的无锁状态并且不允许偏向 （其实默认是开启偏向的，只不过虚拟机后在运行后几秒才开启偏向锁）
使用下面的参数，如下图所示 ，会发现状态为101，表示无锁状态
-XX:BiasedLockingStartupDelay=0
由无锁状态---->偏向锁状态
单线程访问锁的时候，锁由无锁状态变为偏向锁状态。
// -XX:BiasedLockingStartupDelay=0
public class SynchronizedDemo {
public static void main(String[] args) {
Dog dog = new Dog();
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());
//上锁
synchronized (dog){
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());
}
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());
}
}
class Dog {
int age;
}
如上图所示，开始状态为101，为可偏向，无锁状态
上锁后状态是101，为可偏向，有锁状态
解锁后：状态为101，为可偏向，有锁状态
区别为：当线程给无锁状态的lock加锁时，会把线程ID存储到MarkWord中，即锁偏向于该ID的线程，偏向锁不会自动释放。
上面表格中2->3的过程。
偏向锁状态---->轻量级锁状态
多线程使用锁（不竞争，错开时间访问），锁由偏向锁状态变为轻量级锁状态
// -XX:BiasedLockingStartupDelay=0
public class SynchronizedDemo {
public static void main(String[] args) {
Dog dog = new Dog();
System.out.println("初始状态：");
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());
new Thread(
() -> {
synchronized (dog) {
System.out.println("hello world");
}
},
"t1")
.start();
System.out.println("线程1释放锁后：");
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
}
new Thread(
() -> {
synchronized (dog) {
System.out.println("线程2上锁：");
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());
}
System.out.println("线程2释放锁：");
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());
},
"t2")
.start();
}
}
class Dog {
int age;
}
初始状态为101，为可偏向，并且为无锁状态
线程1释放锁后，状态为101，并且存储了线程ID，为偏向锁状态，偏向于线程1
线程2上锁，上锁后，状态为00，轻量级锁状态
线程2释放锁后，状态为001，此时为不可偏向的无锁状态。
重量级锁状态
// -XX:BiasedLockingStartupDelay=0
public class SynchronizedDemo {
public static void main(String[] args) {
Dog dog = new Dog();
System.out.println("初始状态：");
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());
new Thread(
() -> {
synchronized (dog) {
System.out.println("");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
}
}
},
"t1")
.start();
new Thread(
() -> {
synchronized (dog) {
System.out.println("线程2上锁");
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
}
}
System.out.println("线程2释放锁");
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());
},
"t2")
.start();
}
}
class Dog {
int age;
}
如上图所示，锁初始状态为101，可偏向无锁状态
当线程1在使用锁，而线程2去上锁的时候，状态已经变为010，不可偏向重量级锁。
总结
单线程使用锁的时候为偏向锁。
多线程无竞争（错峰使用锁）的时候为轻量级锁。
有竞争的时候为重量级锁。
参考
这可能是B站上最深入解析的synchronized底层原理解析_哔哩哔哩_bilibili
视频去哪了呢？_哔哩哔哩_bilibili