Java对象

在JVM中，实例对象在内存中的布局分为三块区域：对象头、实例变量和填充数据。如下：


Java对象头_jdk 　　　　


实例变量： 存放类的属性数据信息，包括父类的属性信息，如果是数组的实例部分还包括数组的长度，这部分内存按4字节对齐。其实就是在java代码中能看到的属性和他们的值。

填充数据： 由于虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍。填充数据不是必须存在的，仅仅是为了字节对齐，这点了解即可。

对象头： Hotspot虚拟机的对象头主要包括两部分数据：Mark Word（标记字段）、Klass Pointer（类型指针）、Array length（数组长度，只有数组类型才有）。其中Klass Point【Class Metadata Address 】是对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例，Mark Word用于存储对象自身的运行时数据，它是实现轻量级锁和偏向锁的关键。

对象头-Mark Word（标记字段）


  • Mark Word记录了对象和锁有关的信息，当这个对象被synchronized关键字当成同步锁时，围绕这个锁的一系列操作都和Mark Word有关。
  • Mark Word在32位JVM中的长度是32bit，在64位JVM中长度是64bit。
  • Mark Word在不同的锁状态下存储的内容不同。


锁状态



25bit



4bit



1bit



2bit



23bit



2bit



是否偏向锁



锁标志位



无锁



对象的HashCode



分代年龄



0



01



偏向锁



线程ID



Epoch



分代年龄



1



01



轻量级锁



指向栈中锁记录的指针



00



重量级锁



指向重量级锁的指针



10



GC标记



空



11


锁的级别从低到高：无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁。

其中无锁和偏向锁的锁标志位都是01，只是在前面的1bit区分了这是无锁状态还是偏向锁状态。

JDK1.6以后的版本在处理同步锁时存在锁升级的概念，JVM对于同步锁的处理是从偏向锁开始的，随着竞争越来越激烈，处理方式从偏向锁升级到轻量级锁，最终升级到重量级锁。

JVM一般是这样使用锁和Mark Word的：


  2. 当没有被当成锁时，这就是一个普通的对象，Mark Word记录对象的HashCode，锁标志位是01，是否偏向锁那一位是0。
  3. 当对象被当做同步锁并有一个线程A抢到了锁时，锁标志位还是01，但是否偏向锁那一位改成1，前23bit记录抢到锁的线程id，表示进入偏向锁状态。
  4. 当线程A再次试图来获得锁时，JVM发现同步锁对象的标志位是01，是否偏向锁是1，也就是偏向状态，Mark Word中记录的线程id就是线程A自己的id，表示线程A已经获得了这个偏向锁，可以执行同步锁的代码。
  5. 当线程B试图获得这个锁时，JVM发现同步锁处于偏向状态，但是Mark Word中的线程id记录的不是B，那么线程B会先用​​CAS​​操作试图获得锁，这里的获得锁操作是有可能成功的，因为线程A一般不会自动释放偏向锁。如果抢锁成功，就把Mark Word里的线程id改为线程B的id，代表线程B获得了这个偏向锁，可以执行同步锁代码。如果抢锁失败，则继续执行步骤5。
  6. 偏向锁状态抢锁失败，代表当前锁有一定的竞争，偏向锁将升级为轻量级锁。JVM会在当前线程的线程栈中开辟一块单独的空间，里面保存指向对象锁Mark Word的指针，同时在对象锁Mark Word中保存指向这片空间的指针。上述两个保存操作都是​​CAS​​操作，如果保存成功，代表线程抢到了同步锁，就把Mark Word中的锁标志位改成00，可以执行同步锁代码。如果保存失败，表示抢锁失败，竞争太激烈，继续执行步骤6。
  7. 轻量级锁抢锁失败，JVM会使用自旋锁，自旋锁不是一个锁状态，只是代表不断的重试，尝试抢锁。从JDK1.7开始，自旋锁默认启用，自旋次数由JVM决定。如果抢锁成功则执行同步锁代码，如果失败则继续执行步骤7。
  8. 自旋锁重试之后如果抢锁依然失败，同步锁会升级至重量级锁，锁标志位改为10。在这个状态下，未抢到锁的线程都会被阻塞。

对象头-指向类的指针

该指针在32位JVM中的长度是32bit，在64位JVM中长度是64bit。

Java对象的类数据保存在方法区。

对象头-数组长度

只有数组对象保存了这部分数据。

该数据在32位和64位JVM中长度都是32bit。

查看java对象头

我们想要看Java对象的Mark Word，先要加载一个jar包，在pom.xml添加即可。

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.9</version>
</dependency>

新建一个对象A，拥有初始值为666的变量x。

public class A {
    private int x=666;
}

新建一个测试类test，这涉及到刚才加载的jar，我们打印Java对象。

import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        A a=new A();
        System.out.println( ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
    }
}