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前言

年底了，最近好幾天沒吃飯了，在微博吃瓜吃的飽飽的。

續上次被問到synchronized鎖后，面試官繼續刁難阿巴阿巴，進而深入到對象頭中相關的概念。

當場拿offer

面試官： 上次提到了synchronized鎖，那你知道synchronized鎖具體是怎么實現的嗎?

阿巴阿巴： 在JDK版本1.5及之前的版本synchronized主要靠的是Monitor對象來完成，同步代碼塊使用的是monitorenter和monitorexit指令，而synchronized修飾方法靠的是ACC_SYNCHRONIZED標識，這些都是進入到內核態進行加鎖的，然后將競爭鎖失敗的線程直接掛起，等待后面恢復。

阿巴阿巴： 在JDK1.6及之后的版本中，synchronized鎖得到了優化，引入了自適應自旋鎖、偏向鎖、輕量鎖，他們主要優化了鎖在一定條件下的性能。避免了一上來就加重量級鎖，等待鎖的其他線程只能乖乖掛起，對cpu性能影響特別大。

阿巴阿巴： 在hotspot虛擬機中，對象頭主要包括兩部分 MarkWord和Klass Pointer。

MarkWord 對象標記字段，默認存儲的是對象的HashCode，GC的分代年齡(2bit最大表示15)和鎖的標志信息等。對于32位的虛擬機MarkWord占32bit，對于64位的虛擬機MarkWord占用64字節。

Klass Pointer Class 對象的類型指針，它指向對象對應的Class對象的內存地址。大小占4字節(指針壓縮的情況下為4字節，未進行指針壓縮則占8字節)。32位虛擬機MarkWord分布

64位虛擬機MarkWord分布

圖片來源https://blog.csdn.net/weixin_40816843/article/details/120811181

查看虛擬機是多少位的可以使用：java -version

面試官： 我們怎么看對象頭里的MarkWord數據呢?

阿巴阿巴： 可以看到在openJDK中關于MarkWord的描述，首先可以在Github上找到Open Jdk的源碼

gitHub地址：https://github.com/openjdk/jdk

在IDE中打開并找到如下的位置

src/hotspot/share/oops/markWord.hpp

// 查看虛擬機是多少位的可以使用：java -version   
//  32 bits: 
//  -------- 
//            hash:25 ------------>| age:4  unused_gap:1  lock:2 (normal object) 
// 
//  64 bits: 
//  -------- 
//  unused:25 hash:31 -->| unused_gap:1  age:4  unused_gap:1  lock:2 (normal object) 

阿巴阿巴： 當然可以引入openjdk提供的jol-core，然后進行打印即可。

// 在pom中引入 
<dependency> 
  <groupId>org.openjdk.jol</groupId> 
  <artifactId>jol-core</artifactId> 
  <version>0.10</version> 
</dependency> 

然后編寫如下代碼

public static void main(String[] args) { 
     Test t = new Test(); 
     System.out.println(ClassLayout.parseInstance(t).toPrintable()); 
 } 

打印如下

markword在哪?Klass pointer在哪兒?

1處是MarkWord占用8Byte也就是64bit

2處是Klass Pointer占用了4Byte也就是32bit

klass pointer看起來是被壓縮了，怎么確定是被壓縮了呢?可以通過如下命令

面試官： 對于JDK1.6及以上版本，synchronized和MarkWord有啥關系嘛?

阿巴阿巴： 那關系可大了，可以看到在MarkWord中有2bit用來表示鎖的標志位，代表著經過優化的synchronized鎖不會直接上重量級鎖，而是由偏向鎖轉為輕量鎖，再由輕量鎖轉為重量級鎖，一步一步膨脹的過程。

下面是2bit的鎖標志位代表的含義

//    [ptr             | 00]  locked      ptr points to real header on stack 
//    [header          | 01]  unlocked    regular object header 
//    [ptr             | 10]  monitor     inflated lock (header is wapped out) 
//    [ptr             | 11]  marked      used to mark an object 
//    [0 ............ 0| 00]  inflating   inflation in progress 
 
001  無鎖狀態 （第一位代表偏向標志，為0的時候表示不偏向，為1的時候表示偏向） 
101  偏向鎖 且記錄線程ID 
00   輕量鎖 指向棧中鎖記錄的指針 
10   重量級鎖 重量級鎖的指針 
11   GC標志 

然后再找到上圖Value部分的數據，這兩位是鎖的標志位

面試官： 你剛不是說有一位是鎖的偏向標志嗎?在哪兒呢?

阿巴阿巴： 鎖的偏向標志就在鎖標志的前一位

阿巴阿巴： 程序啟動后4s就會加偏向鎖，只不過這個偏向鎖沒有偏向任何線程ID，也屬于無鎖狀態

阿巴阿巴： 當應用處于單線程環境中時，這時候上的是偏向鎖，在對象頭中偏向標示顯示為1，案例如下

public static void main(String[] args) { 
     Test t = new Test(); 
     new Thread(()->{ 
         synchronized (t) { 
             System.out.println(ClassLayout.parseInstance(t).toPrintable()); 
         } 
     }).start(); 
 } 

打印出來的數據如下

阿巴阿巴： 讓程序處于2個線程交替進行競爭鎖

public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
        Test t = new Test(); 
        Thread thread = new Thread(()->{ 
            synchronized (t) { 
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(t).toPrintable()); 
            } 
 
        }); 
        thread.start(); 
        // 等待thread運行完 
        thread.join(); 
         
        synchronized (t) { 
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(t).toPrintable()); 
        } 
    } 

可以看到當main線程拿鎖時已經膨脹為輕量鎖了，鎖的2bit標志為變成00了

阿巴阿巴： 輕量鎖的時候，虛擬機會在當前線程的棧幀中建立一個鎖記錄的空間“Lock Record”，用于存儲鎖對象目前的MarkWord的拷貝，這一步采用CAS，如果成功了，那么與此同時，2bit的鎖標記位會從“01”轉變為“00”。這就是加輕量鎖的過程。

阿巴阿巴： 之所以引入偏向鎖，是為了解決在無多線程競爭環境下的輕量鎖，輕量鎖CAS多次的嘗試也是對性能的損耗。相對于輕量鎖而言，偏向鎖值只需要進行一次CAS，這次CAS是用來設置線程ID的，設置成功后就代表獲取鎖了。輕量鎖更適合于線程交替執行的場景，它們通過CAS自旋，避免了線程直接掛起以及掛起后的恢復過程，以此來降低CPU的損耗。

阿巴阿巴： 最后讓我們看看加上重量鎖后的MarkWord表現吧，先上代碼

public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
        Test t = new Test(); 
        Thread thread = new Thread(()->{ 
            synchronized (t) { 
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(t).toPrintable()); 
            } 
 
        }); 
        thread.start(); 
        // 等待thread運行完 
        // thread.join(); 去掉該代碼 
 
        synchronized (t) { 
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(t).toPrintable()); 
        } 
    } 

控制臺打印如下，發現已經加上重量鎖了，鎖的2bit標志為變成10了。

阿巴阿巴： 當輕量級鎖升級成重量級鎖時，Mark Word的鎖標記位更新為10，Mark Word 將指向互斥量(重量級鎖)。

阿巴阿巴： 以上就是關于synchronized和MarkWord的關系啦。

面試官： 理解的不錯，明天來上班吧~

阿巴阿巴： 好的~