面試官超級喜歡問的MarkWord

作者：七十一 2021-12-25 22:31:10

開發后端

續上次被問到synchronized鎖后，面試官繼續刁難阿巴阿巴，進而深入到對象頭中相關的概念。

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前言

年底了，最近好幾天沒吃飯了，在微博吃瓜吃的飽飽的。

續上次被問到synchronized鎖后，面試官繼續刁難阿巴阿巴，進而深入到對象頭中相關的概念。

當場拿offer

面試官：上次提到了synchronized鎖，那你知道synchronized鎖具體是怎么實現的嗎?

阿巴阿巴：在JDK版本1.5及之前的版本synchronized主要靠的是Monitor對象來完成，同步代碼塊使用的是monitorenter和monitorexit指令，而synchronized修飾方法靠的是ACC_SYNCHRONIZED標識，這些都是進入到內核態進行加鎖的，然后將競爭鎖失敗的線程直接掛起，等待后面恢復。

阿巴阿巴：在JDK1.6及之后的版本中，synchronized鎖得到了優化，引入了自適應自旋鎖、偏向鎖、輕量鎖，他們主要優化了鎖在一定條件下的性能。避免了一上來就加重量級鎖，等待鎖的其他線程只能乖乖掛起，對cpu性能影響特別大。

阿巴阿巴：在hotspot虛擬機中，對象頭主要包括兩部分 MarkWord和Klass Pointer。

MarkWord 對象標記字段，默認存儲的是對象的HashCode，GC的分代年齡(2bit最大表示15)和鎖的標志信息等。對于32位的虛擬機MarkWord占32bit，對于64位的虛擬機MarkWord占用64字節。

Klass Pointer Class 對象的類型指針，它指向對象對應的Class對象的內存地址。大小占4字節(指針壓縮的情況下為4字節，未進行指針壓縮則占8字節)。32位虛擬機MarkWord分布

64位虛擬機MarkWord分布

圖片來源https://blog.csdn.net/weixin_40816843/article/details/120811181

查看虛擬機是多少位的可以使用：java -version

面試官：我們怎么看對象頭里的MarkWord數據呢?

阿巴阿巴：可以看到在openJDK中關于MarkWord的描述，首先可以在Github上找到Open Jdk的源碼

gitHub地址：https://github.com/openjdk/jdk

在IDE中打開并找到如下的位置

src/hotspot/share/oops/markWord.hpp

// 查看虛擬機是多少位的可以使用：java -version   
//  32 bits: 
//  -------- 
//            hash:25 ------------>| age:4  unused_gap:1  lock:2 (normal object) 
// 
//  64 bits: 
//  -------- 
//  unused:25 hash:31 -->| unused_gap:1  age:4  unused_gap:1  lock:2 (normal object)

阿巴阿巴：當然可以引入openjdk提供的jol-core，然后進行打印即可。

// 在pom中引入 
<dependency> 
  <groupId>org.openjdk.jol</groupId> 
  <artifactId>jol-core</artifactId> 
  <version>0.10</version> 
</dependency>

然后編寫如下代碼

public static void main(String[] args) { 
     Test t = new Test(); 
     System.out.println(ClassLayout.parseInstance(t).toPrintable()); 
 }

打印如下

markword在哪?Klass pointer在哪兒?

1處是MarkWord占用8Byte也就是64bit

2處是Klass Pointer占用了4Byte也就是32bit

klass pointer看起來是被壓縮了，怎么確定是被壓縮了呢?可以通過如下命令

面試官：對于JDK1.6及以上版本，synchronized和MarkWord有啥關系嘛?

阿巴阿巴：那關系可大了，可以看到在MarkWord中有2bit用來表示鎖的標志位，代表著經過優化的synchronized鎖不會直接上重量級鎖，而是由偏向鎖轉為輕量鎖，再由輕量鎖轉為重量級鎖，一步一步膨脹的過程。

下面是2bit的鎖標志位代表的含義

//    [ptr             | 00]  locked      ptr points to real header on stack 
//    [header          | 01]  unlocked    regular object header 
//    [ptr             | 10]  monitor     inflated lock (header is wapped out) 
//    [ptr             | 11]  marked      used to mark an object 
//    [0 ............ 0| 00]  inflating   inflation in progress 
 
001  無鎖狀態 （第一位代表偏向標志，為0的時候表示不偏向，為1的時候表示偏向） 
101  偏向鎖 且記錄線程ID 
00   輕量鎖 指向棧中鎖記錄的指針 
10   重量級鎖 重量級鎖的指針 
11   GC標志

然后再找到上圖Value部分的數據，這兩位是鎖的標志位

面試官：你剛不是說有一位是鎖的偏向標志嗎?在哪兒呢?

阿巴阿巴：鎖的偏向標志就在鎖標志的前一位

阿巴阿巴：程序啟動后4s就會加偏向鎖，只不過這個偏向鎖沒有偏向任何線程ID，也屬于無鎖狀態

阿巴阿巴：當應用處于單線程環境中時，這時候上的是偏向鎖，在對象頭中偏向標示顯示為1，案例如下

public static void main(String[] args) { 
     Test t = new Test(); 
     new Thread(()->{ 
         synchronized (t) { 
             System.out.println(ClassLayout.parseInstance(t).toPrintable()); 
         } 
     }).start(); 
 }

打印出來的數據如下

阿巴阿巴：讓程序處于2個線程交替進行競爭鎖

public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
        Test t = new Test(); 
        Thread thread = new Thread(()->{ 
            synchronized (t) { 
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(t).toPrintable()); 
            } 
 
        }); 
        thread.start(); 
        // 等待thread運行完 
        thread.join(); 
         
        synchronized (t) { 
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(t).toPrintable()); 
        } 
    }

可以看到當main線程拿鎖時已經膨脹為輕量鎖了，鎖的2bit標志為變成00了

阿巴阿巴：輕量鎖的時候，虛擬機會在當前線程的棧幀中建立一個鎖記錄的空間“Lock Record”，用于存儲鎖對象目前的MarkWord的拷貝，這一步采用CAS，如果成功了，那么與此同時，2bit的鎖標記位會從“01”轉變為“00”。這就是加輕量鎖的過程。

阿巴阿巴：之所以引入偏向鎖，是為了解決在無多線程競爭環境下的輕量鎖，輕量鎖CAS多次的嘗試也是對性能的損耗。相對于輕量鎖而言，偏向鎖值只需要進行一次CAS，這次CAS是用來設置線程ID的，設置成功后就代表獲取鎖了。輕量鎖更適合于線程交替執行的場景，它們通過CAS自旋，避免了線程直接掛起以及掛起后的恢復過程，以此來降低CPU的損耗。

阿巴阿巴：最后讓我們看看加上重量鎖后的MarkWord表現吧，先上代碼

public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
        Test t = new Test(); 
        Thread thread = new Thread(()->{ 
            synchronized (t) { 
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(t).toPrintable()); 
            } 
 
        }); 
        thread.start(); 
        // 等待thread運行完 
        // thread.join(); 去掉該代碼 
 
        synchronized (t) { 
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(t).toPrintable()); 
        } 
    }

控制臺打印如下，發現已經加上重量鎖了，鎖的2bit標志為變成10了。

阿巴阿巴：當輕量級鎖升級成重量級鎖時，Mark Word的鎖標記位更新為10，Mark Word 將指向互斥量(重量級鎖)。

阿巴阿巴：以上就是關于synchronized和MarkWord的關系啦。

面試官：理解的不錯，明天來上班吧~

阿巴阿巴：好的~

責任編輯：姜華來源：程序員巴士

MarkWord 面試 synchronized鎖