Java对象头及锁
对象组成
- 对象头
- 实例数据：对象的实例数据就是在java代码中能看到的属性和他们的值
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对齐填充字节：因为JVM要求java的对象占的内存大小应该是8字节的倍数，所以后面有几个字节用于把对象的大小补齐至8字节的倍数，没有特别的功能
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对象头
Java对象头由以下三部分组成
- Mark Word
- 指向类的指针
- 数组长度（只有数组对象才有）
Mark Word
Mark Word记录了对象和锁有关的信息，当这个对象被synchronized关键字当成同步锁时，围绕这个锁的一系列操作都和Mark Word有关。
Mark Word在32位JVM中的长度是32bit，在64位JVM中长度是64bit
Mark Word在不同的锁状态下存储的内容不同，在32位JVM中是这么存的：
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其中无锁和偏向锁的锁标志位都是01，只是在前面的1bit区分了这是无锁状态还是偏向锁状态。
JDK1.6以后的版本在处理同步锁时存在锁升级的概念，JVM对于同步锁的处理是从偏向锁开始的，随着竞争越来越激烈，处理方式从偏向锁升级到轻量级锁，最终升级到重量级锁。
可以看出无锁情况下，前面位数保存的是对象的HashCode，那么偏向锁、轻量级锁、重量级锁如何获取对象的HashCode？
HashCode生成规则：在无锁状态下，Mark Word 中可以存储对象的 identity hash code 值。当对象的 hashCode() 方法（非用户自定义）第一次被调用时，JVM 会生成对应的 identity hash code 值，并将该值存储到 Mark Word 中。后续如果该对象的hashCode() 方法再次被调用则不会再通过 JVM 进行计算得到，而是直接从 Mark Word 中获取。只有这样才能保证多次获取到的 identity hash code 的值是相同的
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对于轻量级锁，获取锁的线程栈帧中有锁记录（Lock Record）空间，用于存储 Mark Word 的拷贝，官方称之为 Displaced Mark Word，该拷贝中可以包含 identity hash code，所以轻量级锁可以和 identity hash code 共存
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对于重量级锁，ObjectMonitor 类里有字段可以记录非加锁状态下的 mark word，其中也可以存储 identity hash code 的值，所以重量级锁也可以和 identity hash code 共存。
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对于偏向锁，在线程获取偏向锁时，会用 Thread ID 和 epoch 值覆盖 identity hash code 所在的位置。如果一个对象的hashCode() 方法已经被调用过一次之后，这个对象还能被设置偏向锁么？答案是不能。因为如果可以的，那 Mark Word中 的 identity hash code 必然会被偏向线程Id给覆盖，这就会造成同一个对象前后两次调用 hashCode() 方法得到的结果不一致。
HotSpot VM 的锁实现机制是：
- 当一个对象已经调用默认 hashCode() 或者 System.identityHashCode()，即计算过 identity hash code 后，它就无法进入偏向锁状态。这意味着，如果要在不发生争用的对象上进行同步，则最好覆盖默认hashCode()实现，否则JVM不会优化。
- 当一个对象当前正处于偏向锁状态，并且需要计算其 identity hash code 的话，则它的偏向锁会被撤销，并且锁会膨胀为轻量级锁或者重量锁；
- 轻量级锁的实现中，会通过线程栈帧的锁记录存储 Displaced Mark Word；
- 重量锁的实现中，ObjectMonitor 类里有字段可以记录非加锁状态下的 mark word，其中可以存储 identity hash code 的值
指向类的指针
该指针在32位JVM中的长度是32bit，在64位JVM中长度是64bit。
Java对象的类数据保存在方法区。
数组长度
只有数组对象保存了这部分数据。
该数据在32位和64位JVM中长度都是32bit。
压缩指针
-XX:+UseCompressedOops，64位JVM才有且1.6之后默认开启，作用是将对象头中的类指针压缩至32位
原理
对于32位的CPU和操作系统来说，32位的指针可以表示
2的32次方 = 4Gbit 个地址，而每个地址占用的内存空间为1个byte（因为CPU运算位数是32位，所以每次都是按byte读取），因此32操作系统支持的最大内存位4Gbit * 8 = 4GB
对于64位的JVM来说，64位的指针理论上可以表示的地址无限大
指针压缩后变为32位指针，如上所述理论上只能表示 4Gbit 个地址，支持4GB的内存，但是假如每个地址占用的内存空间改为8个byte，那么就能够支持 4GB * 8 = 32GB的内存了，JVM就是这样运用8字节对齐填充的特性通过映射的方式达到内存扩充的效果
如果堆大小大于 32 GB，压缩指针就不能用了
