对象头和synchronized的升级

一、线程的历史

二、CAS的原理模型

CAS全拼又叫做compareAndSwap，从名字上的意思就知道是比较交换的意思、它是一条CPU并发原语。它包含 3 个参数 CAS（V，E，N），V表示要更新变量的值，E表示预期值，N表示新值。仅当 V值等于E值时，才会将V的值设为N，如果V值和E值不同，则说明已经有其他线程做两个更新，则当前线程则什么都不做。最后，CAS 返回当前V的真实值。

三、对象头的理解

1、对象在内存中的存储情况

注释：Markword 对象头占用8字节 、class pointer 类型指针占用4个字节 、instance data 实例数据、padding 对齐（主要作用是补齐字节数，达到被8整除的状态）。

• 小知识

C:\>java -XX:+PrintCommandLineFlags -version
-XX:InitialHeapSize=131697344 -XX:MaxHeapSize=2107157504 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX:+UseParallelGC
java version "1.8.0_291"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_291-b10)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.291-b10, mixed mode)

​ 解释：在这个指令中，可以打印出的参数的类型

​ -XX:InitialHeapSize=131697344表示的是起始的堆大小，

​ -XX:MaxHeapSize=2107157504表示的是最大的堆的大小

​ -XX:+PrintCommandLineFlags表示的是输入的堆的大小

​ -XX:+UseCompressedClassPointers表示的是压缩指针，占用4个字节

​ -XX:+UseCompressedOops表示的是普通对象指针，默认是压缩的4个字节

​ -XX:+UseCompressedOops

Java的指针的长度是64位，8个字节的，在默认开启了指针压缩后，会压缩成为4个字节

2、实际操作

2.1引入maven依赖

<!--    引入jol工具的依赖-->
    <dependency>
      <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
      <artifactId>jol-core</artifactId>
      <version>0.11</version>
    </dependency>
  </dependencies>

2.2写入测试代码

public class T01 {
    
    public static void main(String[] args) {
    

        Object o = new Object();

        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
    }
}

解释：

2.3执行方法后的结果

Connected to the target VM, address: '127.0.0.1:61099', transport: 'socket'
java.lang.Object object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4        (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
      4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4        (object header)                           e5 01 00 20 (11100101 00000001 00000000 00100000) (536871397)
     12     4        (loss due to the next object alignment)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

在图片中可以看到对象头是占用了8个字节，压缩指针占用4个字节，在后面由于不能被8整除，使用字节进行补齐。

四、锁状态的描述

解释：图中的unused表示没有使用，位数对应的值在该状态下使用的位数。

1、无锁状态：25位没有用；31位装的identity Hashcode，但是只有在被调用的时候，才填充，没有调用的时候是空的；1位没有使用的；4位分代年龄；1位偏向锁位；2位锁标志位。

2、偏向锁：54位存下当前线程的ID；2位存批量撤销Epoch；1位没有使用；4位分代年龄；1位偏向锁位；2位锁标志位。

3、自旋锁：62位指向线程中的Lock Record的指针。Lock Record与锁重入有关，synchronize默认是可重入的。自旋锁在竞争锁的时候，会在自己的内存的线程栈中创建一个Lock Record对象，抢到锁对象的资源时，锁对象头存的就是这个线程的Lock Record对象的指针，所以在重入的时候，会再创建一个Lock Record对象，利用Lock Record来记录到底琐了多少次。解锁的时候，就将一个Lock Record移除，移除的方式是FILO，也就是先进后出的原则。

4、重量级琐：重量级琐是在C++代码层面进行的，会生成一个ObjectMonitor对象，这个对象中记录了一系列的队列，

5、 分代年龄：JVM有10种垃圾回收器，前面7种都涉及分代年龄，采用分代算法。当我们创建一个对象的时候，把它放在年轻代中，每经过一次垃圾回收后年龄就+1，也就是垃圾回收无法回收掉这个对象，它的年龄就会不断的增长，到达15，因为4个字节最大为15，就转到老龄代，年轻代的回收就不再对它进行回收。

五、synchronized的升级过程

    注意：

    (1) 琐升级路线：new -> 偏向锁 -> 轻量级琐(自旋锁、自适应自旋锁) -> 重量级琐

    (2) 如果偏向锁没有启动，那么new出来的对象是普通对象；如果偏向锁已经启动，那么new出来的对象就是匿名偏向对象。

    (3) 偏向锁什么情况下转为轻量级琐呢？只要有2个线程竞争同一个琐资源，所有线程都升级为轻量级琐，也就是都会自旋抢占琐资源。

    (4) 自旋锁在竞争资源的时候，也是CAS操作，用CAS的方式修改琐对象的mackword。

    (5) 自旋锁升级为重量级琐需要符合什么条件呢？jdk1.6以前，某个线程自旋次数上限达到默认的10次，会升级为重量级锁，因为一直自旋消耗CPU资源；自旋线程数量达到了默认是系统的CPU核数的1/2的时候，全部升级为重量级琐进入等待队列。jdk1.6之后，jdk提供了自适应自旋，jdk根据每个线程的运行情况来判断是否需要升级。

六、总结

主要通过学习，了解对象头的相关知识和synchronized的升级过程。如有不对的地方敬请指导交流。