深入理解多線程（三）—— Java的對象頭
上一篇文章中我們從HotSpot的源碼入手，介紹了Java的對象模型。這一篇文章在上一篇文章的基礎上再來介紹一下Java的對象頭。主要介紹一下對象頭的作用，結構以及他和鎖的關系。
Java對象模型回顧與勘誤
在上一篇文章中，關于對象頭的部分描述有誤，我已經在我博客的文章中就行修正 。這里再重新表述一下。
每一個Java類，在被JVM加載的時候，JVM會給這個類創建一個instanceKlass，保存在方法區，用來在JVM層表示該Java類。當我們在Java代碼中，使用new創建一個對象的時候，JVM會創建一個instanceOopDesc對象，這個對象中包含了對象頭以及實例數據。
這里提到的對象頭到底是什么呢？
- class oopDesc {
- friend class VMStructs;
- private:
- volatile markOop _mark;
- union _metadata {
- wideKlassOop _klass;
- narrowOop _compressed_klass;
- } _metadata;
- }
上面代碼中的_mark和_metadata其實就是對象頭的定義。關于_metadata之前就介紹過，這里不再贅述。由于這個專題主要想介紹和JAVA并發相關的知識，所以本文展開介紹一下_mark ，即mark word。
對象頭信息是與對象自身定義的數據無關的額外存儲成本，考慮到虛擬機的空間效率，Mark Word被設計成一個非固定的數據結構以便在極小的空間內存儲盡量多的信息，它會根據對象的狀態復用自己的存儲空間。
對markword的設計方式上，非常像網絡協議報文頭：將mark word劃分為多個比特位區間，并在不同的對象狀態下賦予比特位不同的含義。下圖描述了在32位虛擬機上，在對象不同狀態時 mark word各個比特位區間的含義。
同樣，在HotSpot的源碼中我們可以找到關于對象頭對象的定義，會一一印證上圖的描述。對應與markOop.hpp類。
- enum { age_bits = 4,
- lock_bits = 2,
- biased_lock_bits = 1,
- max_hash_bits = BitsPerWord - age_bits - lock_bits - biased_lock_bits,
- hash_bits = max_hash_bits > 31 ? 31 : max_hash_bits,
- cms_bits = LP64_ONLY(1) NOT_LP64(0),
- epoch_bits = 2
- };
從上面的枚舉定義中可以看出，對象頭中主要包含了GC分代年齡、鎖狀態標記、哈希碼、epoch等信息。
從上圖中可以看出，對象的狀態一共有五種，分別是無鎖態、輕量級鎖、重量級鎖、GC標記和偏向鎖。在32位的虛擬機中有兩個Bits是用來存儲鎖的標記為的，但是我們都知道，兩個bits最多只能表示四種狀態：00、01、10、11，那么第五種狀態如何表示呢 ，就要額外依賴1Bit的空間，使用0和1來區分。
在32位的HotSpot虛擬機 中對象未被鎖定的狀態下，Mark Word的32個Bits空間中的25Bits用于存儲對象哈希碼(HashCode)，4Bits用于存儲對象分代年齡，2Bits用于存儲鎖標志位，1Bit固定為0，表示非偏向鎖。
markOop.hpp類中有關于對象狀態的定義：
- enum { locked_value = 0,
- unlocked_value = 1,
- monitor_value = 2,
- marked_value = 3,
- biased_lock_pattern = 5
- };
簡單翻譯一下：
- locked_value(00) = 0
- unlocked_value(01) = 1
- monitor_value(10) = 2
- marked_value(11) = 3
- biasedlockpattern(101) = 5
關于為什么要定義這么多狀態，上面提到的輕量級鎖、重量級鎖、偏向鎖以及他們之前的關系，會在下一篇文章中重點闡述。
【本文是51CTO專欄作者Hollis的原創文章，作者微信公眾號Hollis(ID：hollischuang)】
