前言
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从上篇文章我们了解到：synchronized修饰代码块/修饰方法，最终都是在对象头上做文章，因此对象头是深入理解synchronized 各种锁变化的基础。接下来就来深入分析对象头在synchronized里的作用。
通过本篇文章，你将了解到：
1、对象在内存的构成
2、对象头的构成
3、对象头源码实现
4、调试查看对象头
1、对象在内存的构成
先看一个简单的类：
class Student {
int age;
String name;
}
//实例化对象
Student student = new Student();
我们知道，new 出来的对象放在堆里，而对象在堆里的结构如下：
分为三个部分：对象头、实例数据（age/name)、填充字节。
2、对象头的构成
对象头的划分
而对象头各区域如下：
只有数组对象才会有数组长度部分，接下来以普通对象为例说明。
Klass Word 指向对象所属类的元数据。
对象头的大小
以64位机器为例，对象头大小如下：
可以看出，普通对象的对象头大小为：128bits，Mark Word、Klass Word分别占据64bits。
Mark Word 构成
32位机器和64位机器有差别，以64位为例，将Mark Word 各个区域构成整理如下：
如上图所示，Mark Word 可以表示五种状态，同一时刻只能表示一种状态。如何确定Mark Word处于何种状态呢？
Mark Word 内容区域里不同的bit(位)存储不一样的信息，可以看到五种状态有一个共同的信息：lock。
lock 占2bits，可以表示四种状态：
lock可以表示四种状态，而Mark Word有五种状态，无锁和偏向锁lock取值是相同的，又如何来区分两者呢？可以看到两者有共同的信息位：biased_lock。
biased_lock 占1bit，可以区分两种状态：
1------>表示是偏向锁
0------>表示不是偏向锁
因此结合lock与biased_lock（共3个bit) 可以表示五种状态：
1、Mark Word 结构并不像常见的Java 对象拥有不同的成员变量，而是通过细化到bit来表示具体的值。
2、得益于第一点设计，Mark Word 可以在有限的空间内灵活的表示五种状态，节约了内存。
3、对象头源码实现
Mark Word 定义
弄清楚了Mark Word构成，来看看如何通过代码来表示状态并进行状态切换。
之前提到过，本系列并发文章源码基于jdk1.8，源码网址：
http://hg.openjdk.java.net/
查找到markOop.hpp文件：
markOopDesc提供了value()函数，该函数里返回了自身(指向该对象的指针)，并强转为uintptr_t类型。
先看看uintptr_t：
64位的机器，uintprt_t表示8字节的无符号整形。
再看看markOopDesc的父类oopDesc:
在oop.hpp文件里：
该类里包含了：Mark Word和Klass Word(联合体)，重点来看看markOop类型：
在oopsHierarchy.hpp文件里。
可以看出markOop其实就是markOopDesc 指针，就是说markOopDesc里的value()函数最终返回的就是markOop，也就是64bits的Mark Word(无符号整形)。
Mark Word 状态判断
既然拿到了Mark Word的内存值(64bits无符号整形)，接下来就对该值做文章，比如如何判断该Mark Word是否处在无锁状态呢？
继续回到markOopDesc类，该类里提供了很多函数，以判断是否是无锁状态为例：
再来看看mask_bits，它是个内联函数：
可以看出，实际上就是将两个参数做"按位与"运算。
再回过头来看看mark_bits的参数，第一个参数就是value()返回的markOop，第二个参数隐藏比较深就不贴图了，此处直接说结论：biased_lock_mask_in_place = 0x111(7)，而unlocked_value定义如下：
可以看到定义的枚举值和我们之前提到的Mark Word五种状态值一致。
最后判断是否是无锁状态简化如下：
markOop & 0x111(7) == 1 表达式为真即表示Mark Word处在无锁状态
实际上就是取出Mark Word对应的位进行判断
其它函数与上述函数类似。
4、调试查看对象头
JOL简单使用
源码是枯燥的，大多时候仅仅是帮助我们理解其原理。有时候并不需要了解其细节，只想知道结果。那么有没有方法知道当前对象头的值呢？如此就可以通过值判断属于哪种状态。
JOL(Java Object Layout) Java 对象布局，通过这个工具可以查看对象的信息：如对象头、实例内容、填充数据等。
在Android Studio里引用该工具：
1、在 https://repo.maven.apache.org/maven2/org/openjdk/jol/jol-cli/0.9/ 下载jol-cli-0.9-full.jar
2、在Android Studio里引用该jar
3、如果是Java环境的话，通过Maven引用
导入jol包后，来看看简单的使用过程：
public class TestDemo {
public static void main(String args[]) {
Object object = new Object();
//打印虚拟机的信息
System.out.println(VM.current().details());
//打印对象大小
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).instanceSize());
//打印对象头大小
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).headerSize());
//打印对象信息
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
}
}
结果如下：
声明的object对象为空对象，因此对象里没有实例数据。
你也许发现了Klass Word 为32bits，说好的占用64bits呢？原因是Java VM默认开启了指针压缩。
关闭指针压缩：
Android Studio->Edit Configurations 编辑VM参数：
-XX:-UseCompressedOops
再运行结果如下：
可以看出Klass Word占用了8字节，并且因为本身已经对齐了，所以不需要填充对齐数据。
Mark Word状态查询
无锁
说到这了还是没提到怎么看锁状态，接下来看看。
上面的例子里object没有上锁，因此应该是无锁状态，重点是找Mark Word对应的位，上面提到过3bits确定Mark Word状态：
从这三3bits看，取值001，对应上述的表格可知为无锁状态。
轻量级锁
public class TestDemo {
public static void main(String args[]) {
Object object = new Object();
//打印对象信息
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
synchronized (object) {
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
}
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
}
}
结果如下：
上锁前后都是无锁状态，上了锁后是轻量级锁
偏向锁
说好的无锁->偏向锁->轻量级锁的演变过程呢，怎么直接就到了轻量级锁状态？
JVM 启动的时候没有立即开启偏向锁，而是延迟开启。原因猜测是刚开始竞争很激烈，偏向锁撤销会增加系统负担。
延迟时间是4s，在globals.hpp里可以找到：
既然知道了原因，那么在代码里延迟对象的创建。
public class TestDemo {
public static void main(String args[]) {
try {
Thread.sleep(4500);
} catch (Exception e) {
}
Object object = new Object();
//打印对象信息
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
synchronized (object) {
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
}
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
}
}
注意：此处对象创建需要放在延迟生效的后面，因为偏向锁启用后对已生成的对象没有影响。
结果如下：
可以看出，偏向锁一旦开启了，默认就是偏向锁。
当然如果不想每次都等几秒钟才出结果，可以设置VM参数，添加如下参数：
-XX:+UseBiasedLocking -XX:BiasedLockingStartupDelay=0
用以禁用偏向锁延迟生效。
此处你可能会有疑惑：
退出临界区后，怎么还是偏向锁？
该问题在下篇源码分析时候会分析。
重量级锁
public class TestDemo {
static Object object = new Object();
public static void main(String args[]) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("before get lock in Thread1");
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
synchronized (object) {
System.out.println("after get lock in Thread1");
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("before get lock in Thread2");
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
synchronized (object) {
System.out.println("after get lock in Thread2");
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
}
}
}, "t2").start();
sleep(5000);
}
}
}, "t1").start();
}
}
以上开启了两个线程t1、t2，在它们获取锁前后打印对象。t1先执行，然后开启t2，t1睡眠5s。
分几个步骤分析：
t1未获取锁之前：
t1获取锁之后：
t2获取锁之前：
t2获取锁之后：
t2尝试获取锁时发现锁被其它线程占用(t1)，尝试几次还是无法获取锁，就由轻量级锁膨胀为重量级锁，挂起自己。
至此，Java 对象头简单分析完毕。
无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁源码下篇分析。
参考：
jdk1.8
https://www.cnblogs.com/lusaisai/p/12748869.html
https://cloud.tencent.com/developer/article/1658707
