java通过jol-core库分析对象内存分布以及查看Synchronized锁升级过程

在Java开发中,我们可以借助jol-core这个库来查看对象内存信息。

引入依赖:

html 复制代码
<dependency>
      <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
      <artifactId>jol-core</artifactId>
      <version>0.17</version>
</dependency>

要查看对象内存信息,我们只需要调用ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable()

如下所示的代码,是查看两个对象信息:

java 复制代码
package com.xxx.mem;
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
public class ObjectPrintExample {
    public static void main(String[] args) {
        Object object = new Object();
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
        Object[] arr = new Object[10];
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(arr).toPrintable());
    }
}

运行程序,打印信息如下所示:

从打印内容来看,我们看到了对象包含:对象头,对象体,对齐字节。

其中对象头包括: mark word,klass word,数组长度。如果对象不是数组,数组长度可以忽略不记,上图中,我们打印object,数组长度就没有体现(array length)。

我们这里重点关注一下对象头中的mark word,如下所示:

这里面通过对象头64位中的最后3位的值,我们看到它们取值不同,可能会出现几种状态,其中无锁 、偏向锁、轻量级锁,重量级锁正是Sychronized锁升级过程中表现出来的升级状态。

下面我们通过一段代码的运行来感受一下这几个状态的变化:

java 复制代码
package com.xxx.mem;
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class LayoutPrintExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object o = new Object();
        // Step 1
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new Object()).toPrintable());
        TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        // Step 2
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new Object()).toPrintable());
        //Step 3
        synchronized(o) {
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        }
        // Step 4
        new Thread(()-> {
            synchronized(o) {
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
            }
        }).start();
        // Step 5
        new Thread(()-> {
            synchronized(o) {
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
            }
        }).start();
    }
}

这段代码直接运行,可能达不到我们需要的效果,因为jdk默认不会开启偏向锁,所以我们要手动开启,并且设置一个延时4秒,这样我们正好看清整个锁升级过程。

虚拟机参数:-XX:BiasedLockingStartupDelay=4 -XX:+UseBiasedLocking

运行程序,打印结果:

这个结果的解释:

step1,程序刚开始运行,因为开启了偏向锁,第一次打印无锁状态。

step2,这里睡眠4秒,相当于延时4秒,虚拟机偏向锁生效,打印出偏向锁状态。

step3,由于程序调用synchronized,对象锁升级为轻量级锁。

step4,在线程中调用synchronized,这时候竞争并不是很激烈,还是轻量级锁。

step5,在另一个线程中调用synchronized,相当于多线程环境,这时候竞争激烈,自身cas已经无法满足需求,对象锁升级为重量级锁。

这里我们通过对象头markword也看出了锁状态,分别是non-biasable,biasable,thin lock,thin lock,fat lock。另外,通过16进制对应的二进制结果也验证了一下markword对应后三位状态。

jol-core可能因为版本不同,显示的markword,可能是十六进制,也有可能是二进制,如果是二进制,我们需要注意,是否为小端序、大端序,如果端序搞错,结果有可能不是我们期望的锁状态。

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