面試官超級(jí)喜歡問(wèn)的MarkWord

作者：七十一 2021-12-25 22:31:10

開(kāi)發(fā) 后端

續(xù)上次被問(wèn)到synchronized鎖后，面試官繼續(xù)刁難阿巴阿巴，進(jìn)而深入到對(duì)象頭中相關(guān)的概念。

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前言

年底了，最近好幾天沒(méi)吃飯了，在微博吃瓜吃的飽飽的。

續(xù)上次被問(wèn)到synchronized鎖后，面試官繼續(xù)刁難阿巴阿巴，進(jìn)而深入到對(duì)象頭中相關(guān)的概念。

當(dāng)場(chǎng)拿offer

面試官：上次提到了synchronized鎖，那你知道synchronized鎖具體是怎么實(shí)現(xiàn)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(duì)象來(lái)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(biāo)識(shí)，這些都是進(jìn)入到內(nèi)核態(tài)進(jìn)行加鎖的，然后將競(jìng)爭(zhēng)鎖失敗的線程直接掛起，等待后面恢復(fù)。

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

阿巴阿巴：在hotspot虛擬機(jī)中，對(duì)象頭主要包括兩部分 MarkWord和Klass Pointer。

MarkWord 對(duì)象標(biāo)記字段，默認(rèn)存儲(chǔ)的是對(duì)象的HashCode，GC的分代年齡(2bit最大表示15)和鎖的標(biāo)志信息等。對(duì)于32位的虛擬機(jī)MarkWord占32bit，對(duì)于64位的虛擬機(jī)MarkWord占用64字節(jié)。

Klass Pointer Class 對(duì)象的類型指針，它指向?qū)ο髮?duì)應(yīng)的Class對(duì)象的內(nèi)存地址。大小占4字節(jié)(指針壓縮的情況下為4字節(jié)，未進(jìn)行指針壓縮則占8字節(jié))。32位虛擬機(jī)MarkWord分布

64位虛擬機(jī)MarkWord分布

圖片來(lái)源https://blog.csdn.net/weixin_40816843/article/details/120811181

查看虛擬機(jī)是多少位的可以使用：java -version

面試官：我們?cè)趺纯磳?duì)象頭里的MarkWord數(shù)據(jù)呢?

阿巴阿巴：可以看到在openJDK中關(guān)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(kāi)并找到如下的位置

src/hotspot/share/oops/markWord.hpp

// 查看虛擬機(jī)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(dāng)然可以引入openjdk提供的jol-core，然后進(jìn)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(xiě)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(lái)是被壓縮了，怎么確定是被壓縮了呢?可以通過(guò)如下命令

面試官：對(duì)于JDK1.6及以上版本，synchronized和MarkWord有啥關(guān)系嘛?

阿巴阿巴：那關(guān)系可大了，可以看到在MarkWord中有2bit用來(lái)表示鎖的標(biāo)志位，代表著經(jīng)過(guò)優(yōu)化的synchronized鎖不會(huì)直接上重量級(jí)鎖，而是由偏向鎖轉(zhuǎn)為輕量鎖，再由輕量鎖轉(zhuǎn)為重量級(jí)鎖，一步一步膨脹的過(guò)程。

下面是2bit的鎖標(biāo)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(wú)鎖狀態(tài) （第一位代表偏向標(biāo)志，為0的時(shí)候表示不偏向，為1的時(shí)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(jí)鎖 重量級(jí)鎖的指針 
11   GC標(biāo)志

然后再找到上圖Value部分的數(shù)據(jù)，這兩位是鎖的標(biāo)志位

面試官：你剛不是說(shuō)有一位是鎖的偏向標(biāo)志嗎?在哪兒呢?

阿巴阿巴：鎖的偏向標(biāo)志就在鎖標(biāo)志的前一位

阿巴阿巴：程序啟動(dòng)后4s就會(huì)加偏向鎖，只不過(guò)這個(gè)偏向鎖沒(méi)有偏向任何線程ID，也屬于無(wú)鎖狀態(tài)

阿巴阿巴：當(dāng)應(yīng)用處于單線程環(huán)境中時(shí)，這時(shí)候上的是偏向鎖，在對(duì)象頭中偏向標(biāo)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(lái)的數(shù)據(jù)如下

阿巴阿巴：讓程序處于2個(gè)線程交替進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)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(yùn)行完 
        thread.join(); 
         
        synchronized (t) { 
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(t).toPrintable()); 
        } 
    }

可以看到當(dāng)main線程拿鎖時(shí)已經(jīng)膨脹為輕量鎖了，鎖的2bit標(biāo)志為變成00了

阿巴阿巴：輕量鎖的時(shí)候，虛擬機(jī)會(huì)在當(dāng)前線程的棧幀中建立一個(gè)鎖記錄的空間“Lock Record”，用于存儲(chǔ)鎖對(duì)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(shí)，2bit的鎖標(biāo)記位會(huì)從“01”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;00”。這就是加輕量鎖的過(guò)程。

阿巴阿巴：之所以引入偏向鎖，是為了解決在無(wú)多線程競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下的輕量鎖，輕量鎖CAS多次的嘗試也是對(duì)性能的損耗。相對(duì)于輕量鎖而言，偏向鎖值只需要進(jìn)行一次CAS，這次CAS是用來(lái)設(shè)置線程ID的，設(shè)置成功后就代表獲取鎖了。輕量鎖更適合于線程交替執(zhí)行的場(chǎng)景，它們通過(guò)CAS自旋，避免了線程直接掛起以及掛起后的恢復(fù)過(guò)程，以此來(lái)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(xiàn)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(yùn)行完 
        // thread.join(); 去掉該代碼 
 
        synchronized (t) { 
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(t).toPrintable()); 
        } 
    }