Java对象头Mark Word的深度定制：利用偏向锁/轻量级锁解决高竞争问题

Java对象头Mark Word的深度定制：利用偏向锁/轻量级锁解决高竞争问题

大家好，今天我们深入探讨Java对象头的Mark Word，以及如何利用偏向锁和轻量级锁来优化高竞争场景下的性能。Mark Word是Java对象头中非常关键的一部分，它记录了对象的锁状态、GC信息、哈希值等重要数据。理解Mark Word的结构以及锁的升级过程，对于编写高性能的并发程序至关重要。

1. 对象头与Mark Word

在HotSpot虚拟机中，Java对象在内存中的布局通常由三个部分组成：对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)。对象头包含了Mark Word和Klass Pointer。Klass Pointer指向描述对象类型的Class对象，而Mark Word则存储了与对象自身密切相关的信息，例如哈希值、GC分代年龄、锁状态标志等等。

Mark Word的结构并非固定不变，而是会根据对象的锁状态而动态变化。在32位和64位JVM中，Mark Word的长度分别是4字节和8字节。下面分别展示了在不同锁状态下，64位JVM中Mark Word的结构：

1.1 无锁状态(Normal)

字段	大小(bit)	描述
unused	25	未使用，可以用于存储其他信息，例如epoch
identity_hashcode	31	对象的哈希值，调用hashCode()方法时生成
unused	1
age	4	GC分代年龄
biased_lock	1	偏向锁标志，0表示未启用偏向锁
lock	2	锁标志位，01表示无锁状态

1.2 偏向锁状态(Biased)

字段	大小(bit)	描述
thread	54	持有偏向锁的线程ID
epoch	2	偏向时间戳，用于撤销偏向锁
age	4	GC分代年龄
biased_lock	1	偏向锁标志，1表示启用偏向锁
lock	2	锁标志位，01表示偏向锁状态

1.3 轻量级锁状态(Lightweight Locked)

字段	大小(bit)	描述
ptr_to_lock_record	62	指向Lock Record的指针，Lock Record位于线程栈帧中
lock	2	锁标志位，00表示轻量级锁状态

1.4 重量级锁状态(Heavyweight Locked)

字段	大小(bit)	描述
ptr_to_monitor	62	指向Monitor对象的指针，Monitor由操作系统提供
lock	2	锁标志位，10表示重量级锁状态

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