学习——java对象解析和锁升级

Posted 2022-10-17 要千

申请对象

是使用new创建一个对象时，字节码指令如下

package jvm.study;
CODE:
public class Test 
	public static void main(String[] args) 
		Test t = new Test();
	

Main 方法中BYTECODE
    0  new jvm.study.Test [1]
    3  dup
    4  invokespecial jvm.study.Test() [16]
    7  astore_1 [t]
    8  return

1,，当调用new指令后，jvm会在堆内存中申请一块内存（如果有属性，初始化为零值），同时在操作数栈中push一个引用指向新申请内存
2，执行dup指令，复制new指令时创建的引用，push到操作数栈，此时，栈中有两个指向新申请的内存
3，invokespecial指令，通过常量池找到需要jvm.study.Test()构造方法，同时弹出栈顶的元素找到当前构造方法所属的Class对象，执行对象的构造（如果有属性初始值的，在此更新零值为初始值）
4，astore_1指令，把引用栈顶元素赋值给本地变量t，同时弹出栈顶，一个java对象构造完成

注：JVM优化可能会将指令3和指令4重排序，这里就会出现半初始化对象被其他线程使用，导致程序出问题！！！
某大厂的一道面试题DCL(double check lock)单例，需要使用volatile关键字标记吗？

对象头

java对象通常是有对象头，对象体，填充区三部分。对象长度必须是8BYTE的整数倍，所以长度不够时需要填充区去填充，这部分空间就被浪费了
对象头
对象头通常是不定长的，它通常有mark word和kclass point两部分组成，如果对象时数组时，它还需要额外的空间存储数组的长度（64位JVM下占64位，当开启压缩指针-XX:+UseCompressedOops时，32位）
对象头的布局

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|                                              Object Header (128 bits)                                        |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|                        Mark Word (64 bits)                                    |      Klass Word (64 bits)    |       
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|  unused:25 | identity_hashcode:31 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 |     OOP to metadata object   |  无锁
|----------------------------------------------------------------------|--------|------------------------------|
|  thread:54 |         epoch:2      | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 |     OOP to metadata object   |  偏向锁
|----------------------------------------------------------------------|--------|------------------------------|
|                     ptr_to_lock_record:62                            | lock:2 |     OOP to metadata object   |  轻量锁
|----------------------------------------------------------------------|--------|------------------------------|
|                     ptr_to_heavyweight_monitor:62                    | lock:2 |     OOP to metadata object   |  重量锁
|----------------------------------------------------------------------|--------|------------------------------|
|                                                                      | lock:2 |     OOP to metadata object   |    GC
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

lock: 锁状态标记位，该标记的值不同，整个mark word表示的含义不同。
biased_lock：偏向锁标记，为1时表示对象启用偏向锁，为0时表示对象没有偏向锁。

age：Java GC标记位对象年龄（4bit，所以设置最大最大gc年龄时最大值不能超过15）。
identity_hashcode：对象标识Hash码，采用延迟加载技术。当对象使用HashCode()计算后，并会将结果写到该对象头中。当对象被锁定时，该值会移动到线程Monitor中。
thread：持有偏向锁的线程ID和其他信息。这个线程ID并不是JVM分配的线程ID号，和Java Thread中的ID是两个概念。
epoch：偏向时间戳。
ptr_to_lock_record：指向栈中锁记录的指针
Lock record：The lock record holds the original value of the object’s mark word and also contains metadata necessary to identify which object is locked
当字节码解释器执行monitorenter字节码轻度锁住一个对象时，就会在获取锁的线程的栈上显式或者隐式分配一个lock record。
lock record 包含两部分数据，分别是

1. 对象被锁前的mark word
2. 指向被锁队对象的引用

//Open jdk 实现
// A BasicObjectLock associates a specific Java object with a BasicLock.
// It is currently embedded in an interpreter frame.
class BasicObjectLock VALUE_OBJ_CLASS_SPEC 
 private:
  BasicLock _lock;                        // the lock, must be double word aligned
  oop       _obj;                         // object holds the lock;
;
class BasicLock VALUE_OBJ_CLASS_SPEC 
 private:
  volatile markOop _displaced_header;
;

lock record 作用：

• 持有displaced word和锁住对象的元数据；
• 解释器使用lock record来检测非法的锁状态；
• 隐式地充当锁重入机制的计数器

ptr_to_heavyweight_monitor：指向线程Monitor的指针。

对象锁的升级

public static void main(String[] args) throws Exception 
        A o = new A();
        System.out.println(o.toString());
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
    

对象未加锁时布局如下：

 public static void main(String[] args) throws Exception 

        A o = new A();
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        synchronized (o) 
            System.out.println("App.main syn block");
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        
        System.out.println("App.main. realease lock..");
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());

    

public static void main(String[] args) throws Exception 

        A o = new A();
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        new Thread(() -> 
            synchronized (o) 
                try 
                    Thread.sleep(2000);
                 catch (InterruptedException e) 
                    e.printStackTrace();
                
                System.out.println("App.main syn block");
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
            

        ).start();
        new Thread(() -> 
            synchronized (o) 
                try 
                    Thread.sleep(2000);
                 catch (InterruptedException e) 
                    e.printStackTrace();
                
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
            
        ).start();

    

测试偏向锁，可以使用下列代码

public static void main(String[] args) throws InterruptedException 
    Thread.sleep(5000);
    A a = new A();
    System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());