盘一盘 synchronized （一）—— 从打印Java对象头说起
Java对象头的组成
Java对象的对象头由 mark word 和 klass pointer 两部分组成，
mark word存储了同步状态、标识、hashcode、GC状态等等。
klass pointer存储对象的类型指针，该指针指向它的类元数据
值得注意的是，如果应用的对象过多，使用64位的指针将浪费大量内存。64位的JVM比32位的JVM多耗费50%的内存。
我们现在使用的64位 JVM会默认使用选项 +UseCompressedOops 开启指针压缩，将指针压缩至32位。
以64位操作系统为例，对象头存储内容图例。
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Object Header (128 bits) | |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Mark Word (64 bits) | Klass Word (64 bits) | |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | unused:25 | identity_hashcode:31 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | OOP to metadata object | 无锁 |----------------------------------------------------------------------|--------|------------------------------| | thread:54 | epoch:2 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | OOP to metadata object | 偏向锁 |----------------------------------------------------------------------|--------|------------------------------| | ptr_to_lock_record:62 | lock:2 | OOP to metadata object | 轻量锁 |----------------------------------------------------------------------|--------|------------------------------| | ptr_to_heavyweight_monitor:62 | lock:2 | OOP to metadata object | 重量锁 |----------------------------------------------------------------------|--------|------------------------------| | | lock:2 | OOP to metadata object | GC |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
简单介绍一下各部分的含义
lock: 锁状态标记位，该标记的值不同，整个mark word表示的含义不同。
biased_lock：偏向锁标记，为1时表示对象启用偏向锁，为0时表示对象没有偏向锁。
age：Java GC标记位对象年龄。
identity_hashcode：对象标识Hash码，采用延迟加载技术。当对象使用HashCode()计算后，并会将结果写到该对象头中。当对象被锁定时，该值会移动到线程Monitor中。
thread：持有偏向锁的线程ID和其他信息。这个线程ID并不是JVM分配的线程ID号，和Java Thread中的ID是两个概念。
epoch：偏向时间戳。
ptr_to_lock_record：指向栈中锁记录的指针。
ptr_to_heavyweight_monitor：指向线程Monitor的指针。
使用JOL工具类，打印对象头
使用maven的方式，添加jol依赖
<dependency> <groupId>org.openjdk.jol</groupId> <artifactId>jol-core</artifactId> <version>0.8</version> </dependency>
创建一个对象A
public class A { boolean flag = false; }
使用jol工具类输出A对象的对象头
public static void main(String[] args){ A a = new A(); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable()); }
看看输出结果
输出的第一行内容和锁状态内容对应
unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2
0 0000 0 01 代表A对象正处于无锁状态
第三行中表示的是被指针压缩为32位的klass pointer
第四行则是我们创建的A对象属性信息 1字节的boolean值
第五行则代表了对象的对齐字段 为了凑齐64位的对象，对齐字段占用了3个字节，24bit
偏向锁
public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread.sleep(5000); A a = new A(); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable()); }
输出结果
刚开始使用这段代码我是震惊的，为什么睡眠了5s中就把活生生的A对象由无锁状态改变成为偏向锁了呢？别急，容我慢慢道来！
JVM启动时会进行一系列的复杂活动，比如装载配置，系统类初始化等等。在这个过程中会使用大量synchronized关键字对对象加锁，且这些锁大多数都不是偏向锁。为了减少初始化时间，JVM默认延时加载偏向锁。这个延时的时间大概为4s左右，具体时间因机器而异。当然我们也可以设置JVM参数 -XX:BiasedLockingStartupDelay=0 来取消延时加载偏向锁。
可能你又要问了，我这也没使用synchronized关键字呀，那不也应该是无锁么？怎么会是偏向锁呢？
仔细看一下偏向锁的组成，对照输出结果红色划线位置，你会发现占用 thread 和 epoch 的 位置的均为0，说明当前偏向锁并没有偏向任何线程。此时这个偏向锁正处于可偏向状态，准备好进行偏向了！你也可以理解为此时的偏向锁是一个特殊状态的无锁。
大家可以看下面这张图理解一下对象头的状态的创建过程
再来看看这段代码，使用了synchronized关键字
public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread.sleep(5000); A a = new A(); synchronized (a){ System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable()); } }
此时对象a，对象头内容有了明显的变化，当前偏向锁偏向主线程。
轻量级锁
public static void main(String[] args) throws Exception {
Thread.sleep(5000);
A a = new A();
Thread thread1= new Thread(){
@Override
public void run() {
synchronized (a){
System.out.println("thread1 locking");
out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable()); //偏向锁
}
}
};
thread1.start();
thread1.join();
Thread.sleep(10000);
synchronized (a){
out.println("main locking");
out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());//轻量锁
}
}
thread1中依旧输出偏向锁，主线程获取对象A时，thread1虽然已经退出同步代码块，但主线程和thread1仍然为锁的交替竞争关系。故此时主线程输出结果为轻量级锁。
重量级锁
public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread.sleep(5000); A a = new A(); Thread thread1 = new Thread(){ @Override public void run() { synchronized (a){ System.out.println("thread1 locking"); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable()); try { //让线程晚点儿死亡，造成锁的竞争 Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }; Thread thread2 = new Thread(){ @Override public void run() { synchronized (a){ System.out.println("thread2 locking"); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable()); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }; thread1.start(); thread2.start(); }
thread1 和 thread2 同时竞争对象a，此时输出结果为重量级锁
