知识串联之Java对象模型与锁的关系（六）-优快云博客

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前言

上篇文章末尾抛出了一个疑问，大家了解了JMM模型，那Java对象模型又是什么？这个模型有什么用？在什么场景中使用？本文从Java对象模型作为切入点，来看看Java对象模型是什么东西，它是用来解决什么问题的。

从一个case看Java对象内存模型

创建一个简单的订单类，我们通过订单类来看看内存中的存储格式是什么样子，订单类中包含订单号、付款人和支付金额三个属性，代码如下：

public class Order {
    // 订单号
    private long orderNo;

    // 支付用户
    private long payUser;

    // 订单金额
    private long amount;

    public long getOrderNo() {
        return orderNo;
    }

    public void setOrderNo(long orderNo) {
        this.orderNo = orderNo;
    }

    public long getPayUser() {
        return payUser;
    }

    public void setPayUser(long payUser) {
        this.payUser = payUser;
    }

    public long getAmount() {
        return amount;
    }

    public void setAmount(long amount) {
        this.amount = amount;
    }
}

通过Order类创建一个对应的实例对象，实例对象在JVM内部的理论存储模型如下图所示，从图中可以看出，一个Java对象由对象头、实例数据和对齐填充三部分构成，下面我们通过jol工具实践验证一下Order对象在内存中的存储结构。

引入Maven依赖

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

配置JVM参数，JVM默认是开启指针压缩的，该参数是用于关闭指针压缩的

-XX:-UseCompressedOops

执行如下代码

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

运行结果如下图所示，对象头主要由 Mark Word 8个字节和 Klass指针 8个字节组成；实例数据则根据内部属性类型分配相应的空间；看到这里大家会有个疑问，不是还有对齐填充吗？怎么这里没有看到，因为现在情况刚好是8的整数倍，所以不需要额外空间进行填充，自然在这里不会体现对齐填充信息。

小结通过这个case可以看出，Java对象模型基本上由对象头（Mark Word、Klass等）、实例数据和对齐填充构成，下面我们来分别深入看看各个部分的内部构成和使用场景。

Mark Word

在不同锁类型下，Mark Word 的存储信息是动态变化的，下面我们来分别探讨下不同模式下 Mark Word 存储的关键信息

无锁

分代年龄（4bit）：用于标识对象的GC信息，为JVM进行GC提供依据
HashCode(31bit)：表示当前对象的hash值

偏向锁

当前线程指针（54bit）：标识持有当前对象锁的线程指针，即哪个线程可以操作当前对象，通过该线程指针即可找到对应的线程，然后通过该线程来操作当前对象完成业务逻辑的处理
分代年龄（4bit）：用于标识对象的GC信息，为JVM进行GC提供依据

在JDK15中，偏向锁被废弃了，官方的解释是偏向锁为同步系统引入了许多复杂的代码，并且对HotSpot的其他组件产生了影响。还有一种解释是计算机发展到了现在，生产环境本身已处于大量的高并发场景下，使用偏向锁会使得系统带来更大的性能开销。官网地址：** https://openjdk.org/jeps/374 **

轻量级锁

指向线程栈中 lock record指针（62bit），表示在多个线程开始竞争，此时的竞争程度还不太激烈，该指针指向了获取锁成功的线程。

重量级锁

monitor监视器的地址（62bit）：mark word 指向一个monitor监视器的地址，monitor其实就是大名鼎鼎的synchroized在升级为重量级锁后的内部实现，其底层通过操作系统的Mutex Lock实现的，由于使用Mutex Lock需要将当前线程挂起（线程状态变为阻塞）并从用户态切换到内核态来执行，这种切换的代价非常高，这也就解释了为什么叫重量级锁（关于锁升级，monitor实现，这个我们在下篇讲synchroized的时候在详细展开）。

Klass 指针

一个Klass对象代表一个类的元数据，大白话可以理解为是创建实例对象的一个模版，那这个模版在JVM中是如何体现的呢？我们知道自己new出来的Class对象，它其实是klass包装了一层然后暴露给Java层使用，而klass是提供一个与java类对等的c++类型描述，是用于JVM内部使用的。在对象头中，通过Klass指针使得实例对象与其对应的类元数据信息关联起来，以便通过这个指针，找到该实例对象对应的元数据信息。所有的klass信息是存放在元数据信息区中。