Java 对象结构与锁实现原理以及 MarkWord 详解

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。

jvm如何使用锁和Mark Word？

1. 没有被锁时，就是一个普通对象，Mark Word 记录对象的 HashCode，锁标志位是 01 是否偏向位 0；
2. 当对象被当做同步锁并且有一个线程抢到了锁，锁标志位还是 01，但是否偏向位是1，前面23bit 保存抢到锁的线程id，表示进入偏向状态。
3. 当线程 A 再次试图获取锁时， JVM 发现同步锁对象的标志位是 01，是否偏向也是1，并且记录中线程id 也是线程 A 自己的 id ，可以直接执行同步代码块。
4. 当线程 B 试图获取这个锁时，JVM发现同步锁处于偏向状态，但是mark word 中线程 id 记录不是自己，会有一个锁升级（轻量级锁），两个线程公平竞争，先抢到的线程占有锁对象并执行代码，锁对象的 Mark Word 就执行哪个线程的栈帧中的锁记录。（升级轻量级锁时，JVM 会在当前线程的线程栈中开辟一块单独的空间，里面保存对象的Mark Word 的副本，同时在对象锁Mark Word 中保存指向这片空间的指针。）这里的操作都是 CAS ，如果保存成功，则表示抢到了同步锁，把 MarkWord 的标志位改成 00. 可以执行同步代码块。如果执行失败，执行步骤5 。
5. 轻量级锁抢锁失败，JVM 会使用自旋锁，自旋锁并不是一个锁状态。只是代表不断的重试（自旋的次数由 JVM 控制，依据版本的不同次数也不相同），尝试抢锁。
6. 自旋锁重试之后依然没有抢到锁，升级为重量级锁。标志位改成 10 。这个状态下，未抢到锁的线程都会被阻塞。

指针压缩

如果应用的对象过多，使用64位的指针将浪费大量内存，统计而言，64位的JVM将会比32位的JVM多耗费50%的内存。为了节约内存可以使用选项 +UseCompressedOops 开启指针压缩，其中，oop即ordinary object pointer普通对象指针。开启该选项后，下列指针将压缩至32位：

1. 每个Class的属性指针（即静态变量）

2. 每个对象的属性指针（即对象变量） 普通对象数组的每个元素指针

3. 当然，也不是所有的指针都会压缩，一些特殊类型的指针JVM不会优化，比如指向 PermGen 的 Class 对象指针(JDK8中指向元空间的Class对象指针)、本地变量、堆栈元素、入参、返回值和NULL指针等。