new出來(lái)對(duì)象在堆內(nèi)存中的內(nèi)存布局

1. markword 8個(gè)字節(jié) （synchronized主要影響的是markword）markword記錄了鎖信息，gc信息，hashcode
2. klass pointer 指向類.class 即表示對(duì)象屬于哪個(gè)class的對(duì)象 默認(rèn)4個(gè)字節(jié)
3. 成員變量，比如int m=8；int類型的變量占據(jù)4個(gè)字節(jié)
4. padding對(duì)齊

64位的虛擬機(jī)，對(duì)齊是8個(gè)字節(jié)，之所以是8個(gè)字節(jié)是指整體這個(gè)對(duì)象所占用字節(jié)總和必須能被8整除

JOL=Java Object Layout工具的使用

jol是對(duì)象內(nèi)存布局查看工具

引入

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

案例

情況一：下面我們用jol解析new出來(lái)的對(duì)象o的內(nèi)存布局

public class JolTest {
    public static void main(String[] args) {
        Object o=new Object();
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
    }
}

執(zhí)行結(jié)果：

從第0個(gè)位置往后數(shù)4個(gè)字節(jié)和從第4個(gè)位置往后數(shù)4個(gè)字節(jié)總共8個(gè)字節(jié)這兩部分加起來(lái)8個(gè)字節(jié)是markword，從第8個(gè)字節(jié)開始往后數(shù)4個(gè)是klass pointer，從第12個(gè)字節(jié)開始加4個(gè)字節(jié)對(duì)齊組成16個(gè)字節(jié)

情況二：下面我們對(duì)對(duì)象o加一把鎖，然后來(lái)再看它的內(nèi)存布局變化

public class JolTest {
    public static void main(String[] args) {
        Object o=new Object();
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());

        synchronized (o){
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        }
    }
}

執(zhí)行結(jié)果：

可以看到鎖定對(duì)象前對(duì)象的markword和鎖定對(duì)象后對(duì)象的markword不一樣了，因此我們可以認(rèn)識(shí)到，鎖定對(duì)象后對(duì)象的markword中一定有鎖信息

每個(gè)組的第一行的括號(hào)后面的第一個(gè)8位的最后3位可以看鎖信息，不如上面是001（無(wú)鎖態(tài)），下面是000（自旋鎖）

左邊是右邊二進(jìn)制位的十六進(jìn)制表示形式，比如C8的二進(jìn)制表示為11001000

總結(jié)

markword記錄了鎖信息，gc信息，hashcode

Synchronized鎖升級(jí)過(guò)程

Synchronized鎖在jdk1.2之前效率非常低，后面逐步優(yōu)化，在jdk1.6以后優(yōu)化到了一個(gè)比較好的狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)就是Synchronized鎖升級(jí)過(guò)程

用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)

windows或者linux操作系統(tǒng)都有一個(gè)內(nèi)核，稱為kernel。最早的時(shí)候，kernel和我們的應(yīng)用程序不區(qū)分，這就導(dǎo)致應(yīng)用程序直接訪問(wèn)硬件（內(nèi)存，網(wǎng)卡，顯示器），很容易把硬件搞壞，比如直接把操作系統(tǒng)用的內(nèi)存干掉，導(dǎo)致操作系統(tǒng)down

鑒于此，現(xiàn)在的操作系統(tǒng)一般分為兩層，kernel工作的是內(nèi)核態(tài)，我們自己的應(yīng)用程序工作的時(shí)候是用戶態(tài)。這樣，如果用戶態(tài)的程序要訪問(wèn)內(nèi)存必須先經(jīng)過(guò)內(nèi)核態(tài)的允許，從用戶態(tài)轉(zhuǎn)到內(nèi)核態(tài)，拿到結(jié)果以后再將數(shù)據(jù)從內(nèi)核態(tài)轉(zhuǎn)移到用戶態(tài)

JVM相對(duì)于操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也就是一個(gè)普通程序。

JDK早期，Synchronized叫做重量級(jí)鎖，因?yàn)樯暾?qǐng)鎖必須通過(guò)內(nèi)核kernel，系統(tǒng)調(diào)用才能拿到這把鎖。之所以說(shuō)是重就是因?yàn)樾枰?jīng)過(guò)操作系統(tǒng)內(nèi)核的幫助，因此這是一個(gè)效率很低的耗時(shí)操作，即使線程很少的情況下

后面對(duì)鎖逐步優(yōu)化，就是某些情況下不再需要經(jīng)過(guò)內(nèi)核，直接在用戶空間就可以解決，比如CAS，是輕量級(jí)鎖

Synchronized鎖升級(jí)過(guò)程

如果最后2位是0,1，則偏向鎖和無(wú)鎖態(tài)相同因此無(wú)法區(qū)分，所以再加一位，因此第三位叫偏向鎖位

無(wú)鎖態(tài)-> 偏向鎖 ->輕量級(jí)鎖（又稱自旋鎖/無(wú)鎖（之所以叫原因是沒(méi)有內(nèi)核狀態(tài)的鎖即CAS））

偏向鎖和自旋鎖都是在用戶空間完成的
重量級(jí)鎖是需要向內(nèi)核申請(qǐng)

偏向鎖和偏向鎖的升級(jí)

偏向鎖默認(rèn)是啟動(dòng)的，但是會(huì)延遲，JVM啟動(dòng)以后，4秒以后偏向鎖才會(huì)起作用

就是偏向你一個(gè)人，偏向鎖實(shí)際上就是沒(méi)有鎖，將自己的id貼上去即可，之所以會(huì)有偏向鎖，因?yàn)楸緛?lái)很多時(shí)間就是只有一個(gè)線程在運(yùn)行，但這個(gè)方法天生就加了一個(gè)synchronized，如果向內(nèi)核申請(qǐng)一個(gè)重量級(jí)鎖效率太低了。
比如我們業(yè)務(wù)白天訪問(wèn)量很大，存在并發(fā)訪問(wèn)情況，可能晚上就一個(gè)人訪問(wèn)或者沒(méi)有，如果我們直接加個(gè)重量級(jí)鎖很明顯效率很低。

因此我們直接只是單純加一個(gè)標(biāo)記，比如張三要上廁所，他在門上貼一張條張三，然后就進(jìn)去。如果這時(shí)候有其他兩個(gè)線程也來(lái)?yè)屵@個(gè)資源的話，那么就要出現(xiàn)鎖競(jìng)爭(zhēng)，讓張三暫停，然后將張三加的偏向鎖的標(biāo)記撤下來(lái)，即鎖撤銷（將張三的紙條撕下來(lái)），開始上自旋鎖。因?yàn)槠蜴i并未加鎖，只是貼了個(gè)標(biāo)記，不存在鎖釋放概念：張三醒過(guò)來(lái)，繼續(xù)開始執(zhí)行。其他線程等張三執(zhí)行完后（之所以要等是因?yàn)槿绻渌€程搶占到了鎖，那么張三這次操作就不具備原子性，是線程不安全的）釋放鎖后，誰(shuí)能將自己的lock Record貼到門上去，誰(shuí)就搶到了這把鎖。當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈的時(shí)候，才會(huì)升級(jí)為重量級(jí)鎖

分析jvm源碼(biasedLocking.cpp)解析的偏向鎖升級(jí)流程，示例中:線程1當(dāng)前擁有偏向鎖對(duì)象,線程2是需要競(jìng)爭(zhēng)到偏向鎖。

線程2來(lái)競(jìng)爭(zhēng)鎖對(duì)象：
判斷當(dāng)前對(duì)象頭是否是偏向鎖;
判斷擁有偏向鎖的線程1是否還存在;
線程1不存在,直接設(shè)置偏向鎖標(biāo)識(shí)為0(線程1執(zhí)行完畢后,不會(huì)主動(dòng)去釋放偏向鎖);
使用cas替換偏向鎖線程ID為線程2,鎖不升級(jí)，仍為偏向鎖;
線程1仍然存在,暫停線程1；
設(shè)置鎖標(biāo)志位為00(變?yōu)檩p量級(jí)鎖),偏向鎖為0;
從線程1的空閑monitor record中讀取一條,放至線程1的當(dāng)前monitor record中;
更新mark word，將mark word指向線程1中monitor record的指針;
繼續(xù)執(zhí)行線程1的代碼;
鎖升級(jí)為輕量級(jí)鎖;
線程2自旋來(lái)獲取鎖對(duì)象;

偏向鎖升級(jí)輕量級(jí)鎖條件：只要再來(lái)一個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)就升級(jí)
偏向鎖和自旋鎖的區(qū)別：自旋鎖是需要耗費(fèi)cpu資源的

有了輕量級(jí)鎖，為什么還要升級(jí)重量級(jí)鎖

輕量級(jí)鎖適合鎖定以后執(zhí)行時(shí)間較短的場(chǎng)景，或者線程數(shù)較少的場(chǎng)景。和重量級(jí)鎖最重要的區(qū)別就是自旋鎖是需要占用cpu資源的，因?yàn)樽孕鸵h(huán)，而重量級(jí)鎖是不需要消耗cpu資源的，原因是重量級(jí)鎖下面有兩個(gè)隊(duì)列，一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)隊(duì)列，一個(gè)等待隊(duì)列。比如之前可能有100個(gè)線程在自旋消耗cpu資源，現(xiàn)在不需要再自旋，將其扔到一個(gè)等待隊(duì)列waitSet中等著即可，什么時(shí)候輪到這個(gè)線程，操作系統(tǒng)將其叫醒然后執(zhí)行，輪不到那個(gè)線程的時(shí)候，他就等著即可，屬于阻塞

輕量級(jí)鎖升級(jí)重量級(jí)鎖條件：自旋超過(guò)10次，升級(jí)為重量級(jí)鎖，原因：如果太多線程自旋CPU消耗過(guò)大，不然升級(jí)為重量級(jí)鎖，進(jìn)入等待隊(duì)列（不消耗cpu）

總結(jié)

new一個(gè)對(duì)象，加鎖的時(shí)候，先加上偏向鎖，有輕度競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)候升級(jí)為輕量級(jí)鎖，輕量級(jí)鎖有重度競(jìng)爭(zhēng)的話升級(jí)重量級(jí)鎖（鎖膨脹）。
如果有耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)的操作或者wait'操作，偏向鎖會(huì)直接升級(jí)重量級(jí)鎖