Java对象头和对象组成参考

补充1:JVM中new一个Java空对象最少需要3个字长,引用1个字长,对象头2个字长;
补充2:JVM中new一个Java空数组最少需要4个字长,引用1个字长,对象头3个字长;


Java对象保存在内存中时,由以下三部分组成:

一. 对象头
二. 实例数据
三. 对齐填充字节

一. 对象头

Java的对象头由以下三部分组成:

  1. Mark Word(占一个字长)
  2. 指向类的指针(占一个字长)
  3. 数组长度(只有数组对象才有,占一个字长)

(1). Mark Word
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,在32位JVM中是这么存的:

Mark-Word内部划分

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:

  1. 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。

  2. 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。

  3. 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,即可重入锁实现。

  4. 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需要升级轻量级锁。

  5. 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需要先尝试自旋等待。

  6. 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,只是代表不断的自循环重试,尝试抢占锁。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需要升级重量级锁。

  7. 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。

(2). 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。

(3). 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。

二. 实例数据

对象的实例数据就是在Java代码中能看到的属性和他们的值。

三. 对齐填充字节

因为JVM要求Java的对象占的内存大小应该是8bit的倍数,所以后面有几个字节用于把对象的大小补齐至8bit的倍数,没有特别的功能。

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