对象头

JAVA对象头在hotspot中包括两部分数据：Mark Word(标记字段) 和Klass Pointer(类型指针)

数组对象头中还存在一个数组长度(array length)

Mark Word

默认存储对象的hashcode，分代年龄，偏向锁标识和锁标志位。这些信息都是和对象自身定义无关的数据，所以mark word被设计成了一个非固定结构以便在极小的空间中存储尽量多的信息。它会根据对象自身的状态复用自己的存储空间，也就是说在运行期间mark word里存储的数据会随着锁标志位的变化而变化。

Klass Pointer

对象指向对类元数据的指针，虚拟机根据这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

32位和64位不同

32位虚拟机的mark word和klass pointer分别占用32bits的字节

64位虚拟机的mark word和klass pointer分别占用64bits的字节

Mark Word分配情况

32位

32-markword

64位

64-markword

关于锁的降级

锁降级是会在线程不占用锁的情况下进行降级，无法降级只是在占用的情况下无法降级

如果可偏向锁升级过，当无线程占用的时候只会降级成无锁不可偏向状态，不能再次偏向了(不考虑重偏向和偏向撤销，因为重偏向只有在通过一个类创建了大量对象当做锁，并且有两个及以上线程使用的时候才会出现)。

identity hashcode和偏向锁

如果一个对象已经生成了identity hashcode，那么就不能再使用偏向锁。

偏向锁

当jvm开启了偏向锁(JDK6以上默认开启)，新创建的对象的Mark Word中的线程ID为0，说明此时处于可偏向但未偏向任何线程，也叫做匿名偏向状态(anonymously biased)。

-XX:-UseBiasedLocking // 关闭偏向锁
-XX:BiasedLockingStartupDelay=0 // 关闭偏向锁延时(默认开启偏向锁，启动后第5秒才能生效)

偏向锁获取过程：

  1. 判断Mark Word中的锁标志位是否为01，并且偏向锁标志位1，如果是说明可偏向；
  2. 判断线程ID是否指向当前线程，如果是，不需要加锁，直接在当前线程栈中添加一个空的lock record，用来记录重入次数，然后执行同步代码；
  3. 如果线程ID没有指向当前线程，则通过cas竞争锁，如果竞争成功(匿名偏向状态会成功)，则将Mark Word中的线程ID设置为当前线程，然后在当前线程栈中添加一个空的lock record，然后执行同步代码；
  4. 如果竞争失败，说明已有线程使用过该偏向锁。这时当到达全局安全点时，获得偏向锁的线程会被挂起，然后升级为轻量级锁(具体开升级轻量级锁，因为持有偏向锁的线程可能存在也可能已销毁)，然后被阻塞在安全点的线程继续往下执行同步线程；

偏向锁的释放：

持有偏向锁的线程执行完同步代码块的时候，只会删除线程栈中的lock record，并不会主动修改Mark Word中的线程ID，也就是偏向锁不会自动释放， 只有遇到其它线程竞争的时候才会释放偏向锁。

轻量级锁

加锁过程：

  1. 首先判断Mark Word中的锁状态是无锁状态(锁标识位为01，偏向锁标识为0)；
  2. 虚拟机会现在线程栈中建立一个名为锁记录(lock record)的空间，用于存储当前锁对象目前的Mark Word的拷贝(Displaced Mark Word),然后将锁对象中的Mark Word拷贝到锁记录中;
  3. 然后虚拟机使用cas尝试将锁对象的Mark Word更新为指向锁记录的指针，并将锁记录中的owner指针指向锁对象的Mark Word。如果更新成功，说明这个线程成功获取了该对象的锁，此时将锁对象的锁标志位改为00；
  4. 如果更新失败了，虚拟机会检查锁对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧，如果是，说明当前线程已经拥有了该对象的锁，直接执行同步代码即可；
  5. 如果不是指向当前线程，说明其它线程竞争，当前线程使用自旋来获取锁，如果有两个以上的线程竞争同一个锁，那轻量级锁直接膨胀为重量级锁，锁标志变为10，Mark Word中存储的就是指定重量级(互斥量)的指针；

轻量级锁的释放

  1. 使用cas操作将Displaced Mark Word替换回对象头，如果成功，则表明没有竞争发生，释放锁成功；
  2. 如果失败，说明锁已经升级为了重量级锁，Mark Word中的指针也已经指向了Monitor object，竞争锁的线程已经阻塞了，此时需要释放锁，并唤醒阻塞的线程重新竞争锁；

重量级锁

重量级锁Mark Word中指针指向的是Monitor对象(也称管程或监视器锁)的起始地址。每个对象都存在着一个monitor对象与之关联。 对象与其monitor之间的关系存在多种实现方式：1.与对象一起创建或销毁；2：当线程获取对象锁时自动生成。 当一个monitor被某个线程持有后，它便处于锁定状态。

加锁过程：

  1. 当多个线程同时访问同步代码时，首先会进入Entry Set，如果获取到对象的monitor，会进入The owner区域，并把monitor中的owner设置为当前线程，同时monitor中的计数器+1；
  2. 如果获取失败，则进入Wait set，线程阻塞；

重量级锁的释放

  1. 如果执行完同步代码，将释放当前持有的monitor，owner变为null，count-1，并唤醒在Wait Set中的线程重新竞争锁；
  2. 如果没有执行完同步代码，而是调用了wait()方法，除了第一步的处理外，还需要将当前线程阻塞并放入Wait Set中；

示意图

monitor

epoch的作用

epoch在对象头的mark word中存在，在对象所属的类实例(instanceClass)中也存在一个epoch的值。 此外还有一个time阈值（默认25s）用来重置epoch值，如果自从上次执行批量重偏向已经超过了这个阈值时间，就会发生epoch 重置。

什么时候会发生偏向撤销？

偏向撤销的计数是针对类的，不是针对类对象的。

线程B在获取锁的时候，如果发现偏向锁的线程ID已是其它线程，这时候会触发偏向撤销，升级为轻量级锁(偏向锁撤销次数<=20有效，如果20<撤销次数<=40,则会进行重偏向)，如果偏向撤销达到40的阈值，就会将该类标记为不可偏向。

偏向撤销每一个实例只会出现一次偏向撤销，因为对于一个实例来说，如果偏向后还有其它线程来获取锁，会直接升级为轻量级锁，这时候会发生偏向撤销，但是，这时线程释放锁后，对象锁变为了无锁(不可偏向)的状态，再有其它线程获取锁的时候，直接就是轻量级锁了，因此也就不会出现偏向撤销了。

-XX:BiasedLockingBulkRevokeThreshold = 40

具体过程(升级轻量级锁) ：

  1. 偏向锁的撤销需要等待安全点(safe point,在该状态下所有线程都是暂停的)，暂停持有偏向锁的线程；
  2. 检查持有偏向锁的线程状态(会遍历当前jvm中所有的线程，查看该线程是否还存在)，如果线程还存在，则检查线程是否在执行同步代码块中的代码(通过判断是否有lock record)，如果是，则升级为轻量级锁(会先变为无锁状态再升级为轻量级锁)。
  3. 如果持有偏向锁的线程不存在或者未在执行同步代码块中的代码，则进行判断是否允许重偏向，如果不允许重偏向，则撤销偏向锁，将Mark Word设置为无锁状态，然后升级为轻量级锁。

什么时候会发生重偏向？

重偏向的计数也是针对类的，不是针对类对象的。

默认情况下，当该对象锁所属类已经进行了20次偏向撤销后，就允许进行重偏向。

每次发生重偏向时，不仅会将类实例的epoch的值+1，而且会遍历JVM中所有的线程栈，找到该class正处于加锁状态的偏向锁对象，然后将其epoch字段改为新值。下次获取锁时，发现当前对象的epoch值和class的epoch值不相等，那么就算当前已经偏向了其它线程，也 不会执行撤销操作，而是直接通过cas将Mark Word的线程ID改为当前线程ID。

-XX:BiasedLockingBulkRebiasThreshold = 20

上面为什么不会执行撤销操作了？

因为如果epoch的值不一致，那么此时肯定是处于重偏向的状态，也就是可以重新偏向了，而不用升级为轻量级锁了，所以也就不用执行撤销了。