对象头概念
以 32 位虚拟机为例
Klass Word:指向类对象的指针,标明这个对象的类型
普通对象
ruby
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| Object Header (64 bits) |
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| Mark Word (32 bits) | Klass Word (32 bits) |
|------------------------------------|-------------------------|
数组对象,对象头比普通对象多了数组长度
ruby
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| Object Header (96 bits) |
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| Mark Word(32bits) | Klass Word(32bits) | array length(32bits) |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|
其中 Mark Word 结构为,以Normal状态为例,会存储对象的hashcode和永久代年龄,是否是偏向锁,加锁状态。
32位
ruby
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| Mark Word (32 bits) | State |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| hashcode:25 | age:4 | biased_lock:0 | 01 | Normal |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
|thread:23|epoch:2| age:4 | biased_lock:1 | 01 | Biased |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| ptr_to_lock_record:30 | 00 | Lightweight Locked |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| ptr_to_heavyweight_monitor:30 | 10 | Heavyweight Locked |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| | 11 | Marked for GC |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
64位
ruby
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
| Mark Word (64 bits) | State |
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
| unused:25 | hashcode:31 | unused:1 | age:4 | biased_lock:0 | 01 | Normal |
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
| thread:54 | epoch:2 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | 01 | Biased |
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
| ptr_to_lock_record:62 | 00 | Lightweight Locked |
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
| ptr_to_heavyweight_monitor:62 | 10 | Heavyweight Locked |
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
| | 11 | Marked for GC |
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
原理之Monitor(锁)
Monitor 被翻译为监视器 或管程
每个 Java 对象都可以关联一个 Monitor 对象,如果使用 synchronized 给对象上锁(重量级)之后,该对象头的 Mark Word 中就被设置指向 Monitor 对象的指针
Monitor 结构如下
- WaitSet:
- EntryList:等待锁释放的阻塞线程
- Owner:指向拥有锁的线程
刚开始 Monitor 中 Owner 为 null
当 Thread-2 执行 synchronized(obj) 就会将 Monitor 的所有者 Owner 置为 Thread-2,Monitor中只能有一 个 Owner,即保证线程安全。
在 Thread-2 上锁的过程中,如果 Thread-3,Thread-4,Thread-5 也来执行 synchronized(obj),就会进入 EntryList BLOCKED
Thread-2 执行完同步代码块的内容,然后唤醒 EntryList 中等待的线程来竞争锁,竞争的时是非公平的,即不是先来先到,取决于具体的调度策略
图中 WaitSet 中的 Thread-0,Thread-1 是之前获得过锁,但条件不满足进入 WAITING 状态的线程,后面讲 wait-notify 时会分析
注意:
synchronized 必须是进入**同一个对象的 monitor (即线程竞争的锁对象必须是相同的)**才有上述的效果
不加 synchronized 的对象不会关联监视器,不遵从以上规则
原理之 synchronized
java
static final Object lock = new Object();
static int counter = 0;
public static void main(String[] args) {
synchronized (lock) {
counter++;
}
}
具体做法为:
- 将 lock对象 MarkWord 置为 Monitor 指针
- 将 lock对象 MarkWord 重置,重置为hashcode,分代年龄,锁状态,是否为偏向锁,这部分信息都在Monitor中存储,释放锁时,从Monitor中获取重置即可,同时唤醒EntryList中的阻塞线程竞争锁。
- 同步代码块中出现异常,最后也会执行重置操作,并释放锁
对应的字节码为:
public static void main(java.lang.String[]);
descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=2, locals=3, args_size=1
0: getstatic #2 // <- lock引用 (synchronized开始)
3: dup
4: astore_1 // lock引用 -> slot 1
5: monitorenter // 将 lock对象 MarkWord 置为 Monitor 指针
6: getstatic #3 // <- i
9: iconst_1 // 准备常数 1
10: iadd // +1
11: putstatic #3 // -> i
14: aload_1 // <- lock引用
15: monitorexit // 将 lock对象 MarkWord 重置, 唤醒 EntryList
16: goto 24
19: astore_2 // e -> slot 2
20: aload_1 // <- lock引用
21: monitorexit // 将 lock对象 MarkWord 重置, 唤醒 EntryList
22: aload_2 // <- slot 2 (e)
23: athrow // throw e
24: return
Exception table:
from to target type
6 16 19 any
19 22 19 any
LineNumberTable:
line 8: 0
line 9: 6
line 10: 14
line 11: 24
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 25 0 args [Ljava/lang/String;
StackMapTable: number_of_entries = 2
frame_type = 255 /* full_frame */
offset_delta = 19
locals = [ class "[Ljava/lang/String;", class java/lang/Object ]
stack = [ class java/lang/Throwable ]
frame_type = 250 /* chop */
offset_delta = 4