JUC-05 详解Synchronized part3

最新推荐文章于 2025-07-24 15:43:14 发布

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#开发语言 #java #面试

本文详细介绍了Java中Synchronized的底层实现，特别是对象的存储结构和对象头的作用。对象头包括MarkWord和ClassPointer，其中MarkWord是实现锁机制的关键。文章讨论了对象头中的MarkWord如何存储对象哈希码、锁状态等信息，并阐述了锁的四种状态：无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁。此外，还提及了不同锁状态的优缺点及其适用场景。

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在上一篇文章中我们讲了Synchronized关键字的底层实现第一部分，主要涉及JVM的指令和Monitor对象。今天我们就继续来挖掘一下 Synchronized的底层实现，围绕对象的存储结构和对象头的构成和作用进行一下解析。

本文主要围绕下面两个问题进行解析。

对象的存储结构了解吗？
对象头里有什么？作用呢？

1. JVM中对象的存储结构

我们以Hotspot为例，下图描述了Java对象实例在JVM中的存储结构。

对象头：

1. Java对象头一般占有2个机器码（在32位虚拟机中，1个机器码等于4字节，也就是32bit，在64位虚拟机中，1个机器码是8个字节，也就是64bit）。
2. 特殊情况，对象是数组类型，额外需要4个字节（会多占一个机器码），用来记录数组长度（因为JVM虚拟机可以通过Java对象的元数据信息确定Java对象的大小，但是无法从数组的元数据来确认数组的大小）。

Hotspot虚拟机的对象头（非数组情况下）主要包括两部分数据：

Mark Word（标记字段）
Class Pointer（类型指针）

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。

Class Pointer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，64位时8字节，开启指针压缩或者最大堆内存小于32G时为4个字节。

对象头中的MarkWord：

JVM在1.6版本以上默认开启指针压缩，所以会压缩到4个字节（原来8个字节），32bit。

markWord中储存的内容：

- - 对象哈希码、对象分代年龄
  - 指向锁记录的指针
  - 指向重量级锁的指针
  - 空，不需要记录信息
  - 偏向线程 ID、偏向时间截、对象分代年龄

我们这里简单提一下锁的四种不可逆的状态：无锁状态 -> 偏向锁状态 -> 轻量级锁状态 -> 重量级锁状态

下图是64位虚拟机在不压缩情况下的展示，也就是25bit扩充为57bit

instance data 实例数据：

在对象实例的存储结构中，对象头之后的，就是用来存放类的属性数据信息的instance data，其中包括父类的属性信息等内容。

padding 对齐填充：

存储结构中最后部分的对齐填充，主要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；（比如：7个Long）

四种不可逆的状态：无锁状态 -> 偏向锁状态 -> 轻量级锁状态 -> 重量级锁状态

下表来自《Java并发编程的艺术》：

锁	优点	缺点	适用场景
偏向锁	加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步方法比仅存在纳秒级的差距。	如果线程间存在锁竞争，会带来额外的锁撤销的消耗。	适用于只有一个线程访问同步块场景。
轻量级锁	竞争的线程不会阻塞，提高了程序的响应速度。	如果始终得不到锁竞争的线程使用自旋会消耗CPU。	追求响应时间。同步块执行速度非常快。
重量级锁	线程竞争不使用自旋，不会消耗CPU。	线程阻塞，响应时间缓慢。	追求吞吐量。同步块执行时间较长。