& 并发编程-3-对象头

 

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并发编程之synchronize原理-对象头

扫盲

存储单位的bit 和 Byte
1.bit（比特）
bit也就是我们不一定听说过的比特，大名鼎鼎的比特币就是以此命名的。它的简写为小写字母 “b” 。
作为信息技术的最基本存储单元，因为比特实在太小了，所以大家生活中并不是经常听到。那么 bit 是什么呢？
电脑是以二进制存储以及发送接收数据的。二进制的一位，就叫做 1 bit。也就是说 bit 的含义就是二进制数中的一个数位，即 “0” 或者 "1"。

2.Byte（字节）
Byte 是字节的英文写法。它的简写为大写字母 “B"。
既然名字叫字节，那肯定跟字符有关系。是的。英文字符通常是一个字节，也就是 1B，中文字符通常是两个字节，也就是 2B。
字节 Byte 和比特 bit 的换算关系是 1 Byte = 8 bit 。

1byte = 8bit
8byte = 64bit
B=byte
b=bit

自己实现一个锁

java对象头分析

所谓锁就是给对象一个标识；而这个标识就是存在对象头当中
这里截取一张hotspot的源码当中的注释

这张图换成人可读的表格如下 此图极其重要

java的对象头在对象的不同状态下会有不同的表现形式，主要有三种状态：无锁状态、加锁状态、GC状态。那么我可以理解java当中的加锁其实可以理解是给对象上锁，也就是改变对象头的状态，如果上锁成功则进入同步代码块。
但是java当中的锁又分为很多种，从上图可以看出大体分为偏向锁、轻量锁、重量锁三种锁状态。这三种锁的效率完全不同（依次降低）

java对象的布局以及对象头

1、利用JOL来分析java的对象布局

首先maven添加JOL的依赖

<dependency>
  <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
  <artifactId>jol-core</artifactId>5
  <version>0.9</version>
</dependency>

A.java 源码

package com.enjoy.entity;
public class A {
}

JOLExample1.java

package com.enjoy.test;
import com.enjoy.entity.A;
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
import org.openjdk.jol.vm.VM;

public class Test1 {
  static A a= new A();
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println(VM.current().details());
    System.out.println(ClassLayout.parseClass(A.class).toPrintable());
    System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
 }
}

运行结果：

分析结果1
整个对象一共16B，其中对象头（Object header）12B，还有4B是对齐的字节（因为在64位虚拟机上对象的大小必须是8的倍数），由于这个对象里面没有任何字段，故而对象的实例数据是0B；

1. 什么叫对象的实例数据？
2. 对象头里面的12B到底存的是什么？
   首先要明白什么是对象的实例数据很简单：我们可以在A当中添加一个boolean的字段（boolean占1B）,然后看结果：

A.java

package com.enjoy.entity;
public class A {
  boolean f;
}

运行结果2

分析结果2
整个对象的大小还是没有改变一共16B(B=byte)，其中对象头（Object header）12B，boolean字段f（对象的实例数据）占1B、剩下的3B就是对齐字节。由此我们可以认为一个对象的布局大体分为三个部分分别是对象头（Object header）、对象的实例数据字节对齐；

对象布局：

接下来讨论第二个问题，对象头为什么是12B？这个12B当中分别存储的是什么呢？（不同位数的VM对象头的长度不一样，这里指的是64bit的vm）

2、大小端模式

再接着往下研究对象的时候先要高明白大小端存储，一般家用笔记本都是小端模式，那么什么是小端模式呢？

小端模式：高字节存在高地址，低字节存在低地址。

3、对象头的规范

http://openjdk.java.net/groups/hotspot/docs/HotSpotGlossary.html

上述链接文档部分截图：

首先引用openjdk文档当中对 对象头的解释
上述引用中提到了一个java对象头包含了2个word，并且还包含了堆对象布局、类型、GC状态、同步状态和标识哈希码，具体怎么包含的呢？又是哪两个word?

对象头的结构大概如下图

mark word为第一个word根据文档可以知他里面包含了锁的信息，hashcode，gc信息等等
klass word（klass pointer）为对象头的第二个word主要指向对象的元数据，他是一个指针；

假设我们理解一个对象头主要上图两部分组成（数组对象除外，数组对象的对象头还包含一个数组长度），那么一个java的对象头多大呢？我们从JVM的源码注释中得知到一个mark word一个是8字节, 64位，那么klass的长度是多少呢？（12-8=4byte）(对象头（Object header）一共12B)
所以我们需要想办法来获得java对象头的详细信息，验证一下他的大小，验证一下里面包含的信息是否正确。

java代码 Test1

public class Test1 {
  static A a= new A();
  //-XX:BiasedLockingStartupDelay=0
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    log.debug("----hashcode before");
    log.debug(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
    //转化成16进制，方便比较
    log.debug(Integer.toHexString(a.hashCode()));
    log.debug("----hashcode after");
    //计算完hashcode之后的a对象的布局
    log.debug(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
 }
}

运行结果

http://tool.oschina.net/hexconvert/ 进制转换

分析结果3：

没有进行hashcode之前的对象头信息，可以看到2b-8b之前的的56bit是没有值，打印完hashcode之后行就有值了，为什么是2-8B，不应该是1-7B呢？因为是小端存储。那么第一个字节当中的八位分别存的就是分带年龄、偏向锁信息，和对象状态，这个8bit分别表示的信息如下图;这个图会随着对象状态改变而改变，下图是无锁状态下

其中的是否可偏向标识在无锁情况下会根据是否计算hashcode而变化；
因为如果计算了hashcode之后对象便变得不可偏向；为什么？

关于对象状态一共分为五种状态，分别是无锁不可偏向、无锁可向锁、轻量锁、重量锁、GC标记，那么2bit，如何能表示五种状态（2bit最多只能表示4中状态分别是：00,01,10,11），jvm做的比较好的是把是否可偏向表示为一个状态，然后根据图中偏向锁的标识再去标识是可偏向的还是不可偏向的

00 轻量锁
01 无锁/偏向锁
10 重量锁
11 GC标记

关于对象头目前只要了解这些就够了，下节课来解释什么是偏向锁，工作原理是什么和轻量锁的性能对比

这节课只要知道对象头里面存了什么东西就可以了；
关于课上做的那个锁的膨胀的实验大家可以自己用JOL去看看，锁的膨胀非常复杂，我只是先大概的给大家演示了一下膨胀过程过程具体大概如下图（切记这个图不能作为面试，只是一个过渡结果，实际锁的膨胀远比这个复杂的多了多）