Synchronized（2）：JVM物件結構
1. 物件結構
1.1物件結構概覽
1. 物件頭：Instance Header
Java物件最複雜的一部分，採用C++定義了頭的協議格式，儲存了Java物件hash、GC年齡、鎖標記、class指標、陣列長度等資訊，稍後做出詳細解說。
2. 例項資料：Instance Data
這部分資料才是真正具有業務意義的資料，實際上就是當前物件中的例項欄位。
在VM中，物件的欄位是由基本資料型別和引用型別組成的。
物件的欄位們有如下規則：
1：除了物件整體需要按8位元組對齊外，每個成員變數都儘量使本身的大小在記憶體中儘量對齊。比如 int 按 4 位對齊，long 按 8 位對齊。
2：類屬性按照如下優先順序進行排列：長整型long和雙精度型別double；整型int和浮點型float；字元char和短整型short；位元組型別byte和布林型別boolean；最後是引用型別。這些屬性都按照各自的單位對齊。
3：優先按照規則一和二處理父類中的成員，接著才是子類的成員。
4：當父類中最後一個成員和子類第一個成員的間隔如果不夠4個位元組的話，就必須擴充套件到4個位元組的基本單位。
5：如果子類第一個成員是一個雙精度或者長整型，並且父類並沒有用完8個位元組，JVM會破壞規則2，按照整形（int），短整型（short），位元組型（byte），引用型別（reference）的順序，向未填滿的空間填充。
3. 對齊填充（可能存在）：
在hotSpot虛擬機器中，預設的對齊位數是8，與CPU架構無關。
1.2 物件的佔用空間
1.2.1 理論分析
物件佔用空間 =
物件頭（
Mark Word （32位JVM，4位元組）（64位JVM，8位元組）
+ Klass指標 （32位JVM，4位元組）（64位JVM，8位元組）（64位JVM && 預設開啟壓縮-XX:+UseCompressedOops，4位元組）
+ Array length （固定為4位元組，因為陣列最大長度是int最大值）
）
（Klass指標的大小根據是否開啟壓縮而定-XX:+UseCompressedOops）
+ 例項資料（
+ 物件內部的基本型別屬性：根據其大小而定比如 int=4位元組 。byte 1；boolean 1；char 2；short 2；int 4；float 4；long 8；double 8
+ 物件內部的引用型別屬性：只需要佔用其 Klass指標部分即可（ 即4位元組或者8位元組）
）
+ 對齊填充（
補齊為8位元組的倍數
）
一個含有兩個元素的int陣列的佔用空間為：
8（Mark Word）+
4（Klass指標且開啟壓縮）+
4（Array length ）+
4*2（兩個int）
=24位元組
一個字串物件佔用記憶體空間為：
Mark Word （32位JVM，4位元組）（64位JVM，8位元組）+
Klass指標 （32位JVM，4位元組）（64位JVM，8位元組）（64位JVM && 預設開啟壓縮-XX:+UseCompressedOops，4位元組）+
1個 int 屬性（4位元組）+
1個 long 屬性（8位元組）+
char 陣列屬性（Mark Word 8位元組 + Klass指標4位元組 + Array length 固定為4位元組 + n個char佔用2n位元組）+
對齊填充
= 40位元組+2n位元組+對齊填充。
注意，說明一個問題，陣列在作為屬性時，佔用的空間並不只是Klass指標4位元組，而是陣列的佔用的全部記憶體？
1.2.2列印顯示物件佔用空間方法1：
使用Unsafe：
java中的sun.misc.Unsafe類，有一個objectFieldOffset(Field f)方法，表示獲取指定欄位在所在例項中的起始地址偏移量，如此可以計算出指定的物件中每個欄位的偏移量，
值為最大的那個就是最後一個欄位的首地址，加上該欄位的實際大小，就能知道該物件整體的大小。
1 class test{ 2 boolean age; 3 int name; 4 boolean married; 5 }
1 static sun.misc.Unsafe U = null; 2 3 static Field theUnsafeInstance = null; 4 5 static { 6 try { 7 theUnsafeInstance = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); 8 theUnsafeInstance.setAccessible(true); 9 U = (Unsafe) theUnsafeInstance.get(Unsafe.class); 10 } catch (NoSuchFieldException e) { 11 e.printStackTrace(); 12 } catch (IllegalAccessException e) { 13 e.printStackTrace(); 14 } 15 }
1 public static void main(String[] args) { 2 try { 3 Field field1 = test.class.getDeclaredField("age"); 4 System.out.println(U.objectFieldOffset(field1)); 5 Field field2 = test.class.getDeclaredField("name"); 6 System.out.println(U.objectFieldOffset(field2)); 7 Field field3 = test.class.getDeclaredField("married"); 8 System.out.println(U.objectFieldOffset(field3)); 9 Field field4 = test.class.getDeclaredField("hh"); 10 System.out.println(U.objectFieldOffset(field4)); 11 12 } catch (NoSuchFieldException e) { 13 e.printStackTrace(); 14 } 15 16 }
1 16 2 12 3 17 4 java.lang.NoSuchFieldException: hh 5 at java.lang.Class.getDeclaredField(Class.java:2070) 6 at test.main(test.java:46)
可以看到，通過Unsafe.objectFieldOffset（fieldName）方法計算看到：
test類的age/name/married三個欄位的起始偏移量分別是16、12、17
而又因為married是boolean型別（見1.3.0），這個boolean欄位排在在例項資料的最後，所以married欄位的結尾偏移量為17+1。
所以可以算出每個test類物件佔用空間大小 = 18 + 6= 24位元組.（6位元組是padding）
1.2.3 列印物件佔用空間方法2：
見下文《1.4 列印各種鎖物件》。
1.3 物件、物件頭詳解
1.3.0 OOP-Klass模型
JVM中把我們上層可見的Java物件在底層實際上表示為兩部分：oop部分 + Klass部分，
Oop儲存在堆上，專注於表示物件的資訊，就是通常意義上的堆中物件。
（物件頭、例項資料、對其填充）
Klass儲存在方法區，專注於表示類的資訊。（所以儲存在方法區）
猜測方法區的內部結構以類為單位的一坨一坨的塊。這麼看應該就是Klass了。所以Klass儲存的資訊 = 方法區儲存的資訊。
（型別資訊、執行時常量池、欄位資訊、方法資訊等）
1.3.1 物件之OOP
當我們基於某個Java類用new建立一個新物件時，JVM會為其在堆上建立一個相應的oopDesc類的子類（instanceOopDesc）例項，用於存放該物件的（物件頭、例項資料、對其填充）。
注意和Klass的定義區分，Klass是類載入時生成、用於存放該類的東西即metadata。
而在堆上建立的這個instanceOopDesc所對應的地址會被用來建立一個引用，賦給當前執行緒執行時棧上的一個變數。
1.3.1.1 oopDesc類：
所在位置：oop.hpp檔案。
是所有Oop的共同基類，
這個類的內部結構就是通常意義上的堆中物件的結構：物件頭、 例項資料、對齊填充。
1.3.2 物件之Klass
1.3.3 物件之Oop的程式碼實現（即oopDesc類的C++程式碼結構，即oop.hpp檔案）
1.3.4 物件之Klass的程式碼實現（即InstanceKlass類的C++程式碼結構，即InstanceKlass.hpp檔案）
1.3.5 物件頭之_klass
1.3.6 物件頭之markword
1.3.7 物件頭之各個子部分實現
1.3.7.1 物件頭之各個子部分實現（64位環境 + 未開啟指標壓縮）
1.3.7.2 物件頭之各個子部分實現（64位環境 + 開啟指標壓縮）
1.3.7.3 物件頭之各個子部分實現（32位環境）
1.4 列印各種鎖物件
1.4.1 前置條件：
1.4.2 列印：無鎖物件：
1.4.3 列印：匿名偏向鎖物件：
（需要上來就把執行緒sleep一會兒，sleep時長為“偏向鎖延遲載入時間”，目的是啟動偏向鎖，即當前程式所有物件的初始狀態都是匿名偏向鎖物件）
1.4.4 列印：偏向執行緒的偏向鎖物件：
（在匿名偏向鎖的基礎上，再加個synchronized ）
1.4.5 列印：從無鎖直接升級為輕量鎖物件：
（跳過匿名偏向鎖，趁著巨集程式還未開啟偏向鎖時，就加上synchronized ）
1.4.6 列印：從偏向鎖升級為輕量鎖物件：
（匿名偏向鎖 + 兩個以上執行緒競爭 + 利用join實現不同時競爭一個物件）
1.4.7 列印：重量鎖物件：
（匿名偏向鎖 + 兩個以上執行緒競爭 + 同時競爭一個物件）
1.4.8 總結一下各種鎖的建立場景：