Java 对象头那点事
概览
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对象头
存放：关于堆对象的布局、类型、GC状态、同步状态和标识哈希码的基本信息。Java对象和vm内部对象都有一个共同的对象头格式。
（后面做详细介绍） -
实例数据
存放：类的数据信息，父类的信息，对象字段属性信息。
如果对象有属性字段，则这里会有数据信息。如果对象无属性字段，则这里就不会有数据。
根据字段类型的不同占不同的字节，例如boolean类型占1个字节，int类型占4个字节等等； -
对齐填充
存放：为了字节对齐，填充的数据，不是必须的。
默认情况下，Java虚拟机堆中对象的起始地址需要对齐至8的倍数。
假如对象头大小为12，实例数据大小为5，最近且大于12+5的8的倍数值是24，则对齐补充大小为：24-12-5=7。
为什么需要对象填充？
①：字段内存对齐的其中一个原因，是让字段只出现在同一CPU的缓存行中。如果字段不是对齐的，那么就有可能出现跨缓存行的字段。也就是说，该字段的读取可能需要替换两个缓存行，而该字段的存储也会同时污染两个缓存行。这两种情况对程序的执行效率而言都是不利的。其实对其填充的最终目的是为了计算机高效寻址。
②：在计算机系统中，内存是以【缓存行】为单位存储的，一个缓存行存储的字节是2的倍数。不同机器上，缓存行大小也不一样，通常来说为64字节。
对象头
mark word
OpenJDK（JDK8）地址：https://github.com/openjdk/jdk
根据OpenJDK 官方源码中MarkOop.hpp文件中给的注释介绍，可以大概看出mark word的组成。
MarkOop.hpp中的注释1：
32 bits:
--------
hash:25 ------------>| age:4 biased_lock:1 lock:2 (normal object)
JavaThread*:23 epoch:2 age:4 biased_lock:1 lock:2 (biased object)
size:32 ------------------------------------------>| (CMS free block)
PromotedObject*:29 ---------->| promo_bits:3 ----->| (CMS promoted object)
64 bits:
--------
unused:25 hash:31 -->| unused:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (normal object)
JavaThread*:54 epoch:2 unused:1 age:4 biased_lock:1 lock:2 (biased object)
PromotedObject*:61 --------------------->| promo_bits:3 ----->| (CMS promoted object)
size:64 ----------------------------------------------------->| (CMS free block)
MarkOop.hpp中的注释2：
[JavaThread* | epoch | age | 1 | 01] lock is biased toward given thread
[0 | epoch | age | 1 | 01] lock is anonymously biased
- the two lock bits are used to describe three states: locked/unlocked and monitor.
[ptr | 00] locked ptr points to real header on stack
[header | 0 | 01] unlocked regular object header
[ptr | 10] monitor inflated lock (header is wapped out)
[ptr | 11] marked used by markSweep to mark an object
not valid at any other time
MarkOop.hpp中的源码1：
enum { age_bits = 4,
lock_bits = 2,
biased_lock_bits = 1,
max_hash_bits = BitsPerWord - age_bits - lock_bits - biased_lock_bits,
hash_bits = max_hash_bits > 31 ? 31 : max_hash_bits,
cms_bits = LP64_ONLY(1) NOT_LP64(0),
epoch_bits = 2
};
如图：
MarkOop.hpp中的源码2：
enum { locked_value = 0,
unlocked_value = 1,
monitor_value = 2,
marked_value = 3,
biased_lock_pattern = 5
};
- locked_value
轻量级锁状态值，mark word 最后2位为00，转为10进制为0。 - unlocked_value
无锁状态值，mark word 最后3位为001，转为10进制为1。 - monitor_value
重量级锁状态值，mark word 最后2位为10，转为10进制为2。 - marked_value
mark word 最后2位为11，转为10进制为3。
作用比较复杂，
1：当锁升级为重量级锁的过程中，会将markword设置为这个值。
2：当对象GC时也要使用这个值。
markOop.hpp部分源码如下：
// 仅用于存储到Lock Record中，用来表示锁正在使用重量级监视器（轻量级锁膨胀为重量级锁之前会这么做）
static markOop unused_mark() {
return (markOop) marked_value;
}
// age operations
markOop set_marked() { return markOop((value() & ~lock_mask_in_place) | marked_value); }
markOop set_unmarked() { return markOop((value() & ~lock_mask_in_place) | unlocked_value); }
- biased_lock_pattern
偏向锁状态值，mark word 最后3位为101，转为10进制为5。
markOop.cpp中还有以下代码，用以判断当前markword处于哪种锁状态：
// 轻量级锁
bool is_locked() const {
return (mask_bits(value(), lock_mask_in_place) != unlocked_value);
}
// 偏向锁
bool is_unlocked() const {
return (mask_bits(value(), biased_lock_mask_in_place) == unlocked_value);
}
// marked
bool is_marked() const {
return (mask_bits(value(), lock_mask_in_place) == marked_value);
}
// 无锁
bool is_neutral() const { return (mask_bits(value(), biased_lock_mask_in_place) == unlocked_value); }
// 膨胀时 markOop 的特殊临时状态。 在锁外查看标记的代码需要考虑到这一点。
bool is_being_inflated() const { return (value() == 0); }
// 锁对象处于升级为重量级锁的过程中
static markOop INFLATING() { return (markOop) 0; }
为什么对象头中的“分代年龄”部分占4bit
因为对象经过15次GC就会被放入老年代，而15转化为二进制就是1111，刚好占4bit.
epoch的作用
抄自于：http://www.itqiankun.com/article/bias-lock-epoch-effect
其本质是一个时间戳，代表了偏向锁的有效性，epoch存储在可偏向对象的MarkWord中。
①：除了对象中的epoch,对象所属的类class信息中，也会保存一个epoch值。
②：每当遇到一个全局安全点时(这里的意思是说批量重偏向没有完全替代了全局安全点，全局安全点是一直存在的)，比如要对class C 进行批量再偏向，则首先对 class C中保存的epoch进行增加操作，得到一个新的epoch_new。
③：然后扫描所有持有 class C 实例的线程栈，根据线程栈的信息判断出该线程是否锁定了该对象，仅将epoch_new的值赋给被锁定的对象中，也就是现在偏向锁还在被使用的对象才会被赋值epoch_new。
④：退出安全点后，当有线程需要尝试获取偏向锁时，直接检查 class C 中存储的 epoch 值是否与目标对象中存储的 epoch 值相等， 如果不相等，则说明该对象的偏向锁已经无效了（因为（3）步骤里面已经说了只有偏向锁还在被使用的对象才会有epoch_new，这里不相等的原因是class C里面的epoch值是epoch_new,而当前对象的epoch里面的值还是epoch），此时竞争线程可以尝试对此对象重新进行偏向操作。
klass point
元数据指针class pointer，即指向方法区的instanceKlass实例（虚拟机通过这个指针来群定这个对象是哪个类的实例）。
oop.hpp中的源码：
class oopDesc {
friend class VMStructs;
private:
volatile markOop _mark;
union _metadata {
Klass* _klass;
narrowKlass _compressed_klass;
} _metadata;
length field
该属性只有数组对象才有，用以表示数组的长度。
arrayOop.hpp中有这么一段注释：
// The layout of array Oops is:
//
// markOop
// Klass* // 32 bits if compressed but declared 64 in LP64.
// length // shares klass memory or allocated after declared fields.
总结
可能面试的时候会被问到这个问题：为什么一个对象可以当成一把锁？
这方面可以与上文中提到的对象头、markword 进行回答即可。
