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Java Monitor和对象头深度解析

Java对象头概述

在Java虚拟机（JVM）中，Java对象和虚拟机内部对象都有一个共同的对象头格式。这个对象头包含了关于堆对象的布局、类型、GC状态、同步状态以及标识哈希码的基本信息。了解对象头的结构对于理解Java内存管理和优化非常重要。

Mark Word和Klass Word的组成

Java对象头由Mark Word和Klass Word两部分组成。

Mark Word（标记字）

Mark Word用于存储对象运行时的关键信息，包括：

• 哈希码（HashCode）：用于快速查找对象，通过System.identityHashCode()延迟计算，并将结果存储在Mark Word中。
• GC分代年龄（Age）：记录对象被垃圾回收器处理的次数，决定是否将对象转移到老年代。
• 锁状态标志（Lock State）：表示对象当前的锁状态。
• 线程持有的锁（Biased Lock）：在偏向锁模式下，存储持有锁的线程ID。
• 偏向时间戳（Epoch）：记录偏向锁的时间戳，用于CAS操作时判断对象是否偏向当前线程。
• 轻量锁指针（Ptr to Lock Record）：用于轻量锁状态下存储锁记录的指针。
• 重量锁指针（Ptr to Heavyweight Monitor）：用于重量锁状态下存储Monitor的指针。

Mark Word在32位JVM中占用32位，在64位JVM中占用64位。无论位数如何，Mark Word的组成内容基本一致。

Klass Word（类指针）

Klass Word用于指向Java类的元数据，包括类的版本、加载时间和其他与类相关的信息。

Monitor锁机制

Monitor（管程）是Java同步机制的核心，用于管理多线程访问共享资源的同步。每个Java对象都可以关联一个Monitor对象，当使用sync关键字对对象进行同步时，JVM会将对象头的Mark Word指向该Monitor。

Monitor的状态与行为

Monitor的初始状态下，Owner字段为null。当一个线程尝试获取锁时：

Monitor的结构

Monitor对象包含以下字段：

• Owner：持有锁的线程ID。
• WaitSet：存储处于等待状态的线程。
• EntryList：存储等待获取锁的线程。
• Heavyweight Monitor Header：在重量锁状态下指向Monitor的指针。

参考文章

• Java对象头深度解析
• JVM内存结构与垃圾回收

通过理解Java对象头和Monitor锁机制，可以更好地优化Java程序的内存管理和多线程性能。