10.对象头、Mark Word、monitor、synchronized怎么关联起来？

老王：开讲啦，开讲啦，小陈快来上课，今天我们就来探讨一下synchronized底层到底是怎么加锁的？

小陈：哈哈，这个我可等了好久了。

从我接触java开始，就知道了java里面有synchronized这个关键字，是用来加锁的，但是它底层是怎么加锁的我一直没搞明白。

看了一些文章，说通过一个monitor监视器还有什么monitorenter、monitorexit这两条执行来进行加锁和释放锁的，但是具体底层一点的细节我就不知道了，一直是我单身二十几年的一个遗憾啊......

老王：哦，听你这么说，看来你还研究过啊，那你来说说怎么通过monitor和monitorenter和monitorexit来加锁和释放锁的？

小陈：好啊，我结合之前看过的一些文章，画个图来说一下我的理解：

（1）首先java里面每个对象JVM底层都会为它创建一个监视器monitor，这个是JVM层次为我们保证的。这个监视器就类似一个锁，哪个线程持有这个monitor的操作权，就相当于获取到了锁

（2）其次synchronized 修饰的代码或者方法，底层会生成两条指令分别为monitorenter、monitorexit。

（3）进入synchronized的代码块之前会执行monitorenter指令，去申请monitor监视器的操作权，如果申请成功了，就相当于获取到了锁。

如果已经有别的线程申请成功monitor了，这个时候它就得等着，等别的线程执行完synchronized里面的代码之后就会执行monitorexit指令释放monitor监视器，这样其它在等待的线程就可以再次申请获取monitor监视器了。

老王：你说的大致正确，但是表面了一点，这个很多文章都讲到了。但是其实synchronized底层加锁其实涉及很多细节的东西。

小陈：嗯嗯，我看很多文章基本都是只是讲到了通过monitorenter、monitorexit指令去获取monitor的操作权，也就是获取锁，但是到底是怎么获取的？monitor又是个啥东西？为什么monitor能当做锁？ 这些更底层的细节我就不知道了。

老王：哈哈，我会讲得通俗一点，尽量让你能听得懂......

老王：首先既然你知道每个对象都有一个monitor监视器，那你知道每个对象是怎么和它的monitor监视器关联起来的不？

小陈：额额额，这个不懂......

老王：说起这个对象和monitor的关联关系，我首先给你讲一下java对象的结构

JAVA对象结构

老王：假如说有一个Test类如下：

public class Test {
    private int a = 8;
    private ArrayList list = new ArrayList();
}

老王：那么Test对象结构如下图所示：

一个java实例对象由三部分组成，分别是：

对象头：对象头由Mark Word 和 一个指向一个类对象的指针组成。

实例数据：存放这个实例的一些属性信息，比如有的属性是基本类型，那就直接存储值；如果是对象类型，存放的就是一个指向对象的内存地址。

对其填充：主要是补齐作用，JVM对象的大小比如是8字节的整数倍，如果 （对象头 + 实例变量 ）不是8的整数倍，则通过对齐填充来补齐。

比如 (对象头 + 实例变量)  部分的大小是20个字节，不是8的整数倍，那么对齐填充这里就会补上4个字节，使得（对象头 + 实例变量 + 对其填充）= 24字节，为8的整数倍。

老王：上面就是一个对象的结构，这个小陈你听懂了吗？

小陈：有点懂，又有点不懂，能不能再画个图说一下，对象头，实例变量里面是啥东西？

老王：没问题，比如说Test test = new Test()，我就来再画个图细说一下test对象的结构：

如上图所示：

（1）对象头：由Mark Word 和一个指向类对象的指针组成

（2）实例变量：记录这个对象哪些属性，如果是基本类型，直接就记录值了；如果是对象类型，则记录一下对象在堆内存的地址，方便以后找到它来使用

（3）对其填充：这块东西就是为了对象的大小满足8的整数倍，进行补齐的，别的鸟用没有

老王：小陈，我这么说，你理解了没？

小陈：哇塞，牛逼啊，你这么说整个对象的结构一目了然......

小陈：老王啊，上面那张图，我还有一个问题，那个Mark Word到底是个啥东西？

老王：Mark Word啊，那就是我们后面讲解的重点了，我们通过synchronized进行加锁，就是通过Mark Word关联起来的。

老王：为了讲清楚Mark Word，我写了一篇Mark Word的自述，让它自己说下它是干啥用的。

JVM世界的Mark Word自述

大家好，我是来自JVM世界的Mark Wold，是一个32位的数据结构，存在于对象头里面，大致结构如下：

大家都知道，计算机是由0和1组成的，每bit位不是0就是1，所以一个bit位能表示两种不同的意思，所以啊，我具有32个bit位，能表示的意思非常多。

JVM就根据Mark Word上32bit的值不同，把我设计为一个多功能的复用器，在bit标志位不同的时候表示的意思也不一样，我前面30bit位可能表示的意思不一样，但是最后2个bit表示的都是锁模式，下面我用表格说明一下我的作用：

（1）首先我的最后两位，也就是锁标志位，分别标识处于不同的锁模式；倒数第3位是偏向锁标志
（2）当我的偏向锁标志是0，锁标志位是01，也就是最后3位是001的时候，我表示无锁模式。作为Mark Word的我就是记录的数据就是对象的hashcode 和 GC的年龄

（3） 当我的偏向锁标志是1，锁标志是01，也就是最后三位是101的时候，处于偏向锁模式，我作为Mark Word这个时候记录的数据就是是获取偏向锁的线程ID、Epoch、对象GC年龄：

（4）当我的锁标志位是00的时候，表示处于轻量级锁模式。我会把锁记录放在加锁的线程的虚拟机栈空间中，所以这种情况下，锁记录在哪个线程虚拟机栈中，就表示所在线程就获取到了锁。

然后我作为Mark Word记录的数据就是就指向那个锁记录地址就好了，这个锁记录地址在哪个线程中，就表示哪个线程获取到了轻量级锁。

（5）当我锁标志位是10的时候，表示处于重量级锁模式，这个时候就说明竞争激烈了，处于重量级锁模式了，由于使用重量级加锁不是我的职责范围，是我的哥们monitor的职责，我这里有它的地址，你们去那里找他吧。

这个是我作为Mark Word 记录的数据就是我哥们monitor的地址，你们有加锁的需求直接根据我提供的这个地址找到monitor，找它加锁就好了。

老王：小陈，这就是这一节要讲的JAVA对象结构以及Mark Word，你听懂了吗？

小陈：懂了，懂了，牛逼啊，老王。感觉你把Mark Word的裤子都给扒了啊......

老王：混小子，有你这么说话的......

小陈：嘿嘿，老王，Mark Word里面的结构我是看懂了，但是我看好多人说底层可以通过Mark Word 可以进行锁升级，无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁、重量级锁中的自旋等，这个它是怎么操作的？monitor又是个什么结构？以及在重量级锁的时候怎么通过monitor进行加锁的？这些问题我都没明白

老王：别急啊，小陈，这些东西我们下面都会来讲到的，现在我们先顺着思路来一点点讲解。

小陈：好啊，老王，那我们接下面学习什么？

老王：下一篇，我们顺着思路来讲讲《synchronized底层是怎么通过monitor进行加锁的？ 》

小陈：好的，老王，我们下一章见面。

目录

JAVA并发专题 《筑基篇》

1.什么是CPU多级缓存模型？

2.什么是JAVA内存模型？

3.线程安全之可见性、有序性、原子性是什么？

4.什么是MESI缓存一致性协议？怎么解决并发的可见性问题？

JAVA并发专题《练气篇》

5.volatile怎么保证可见性？

6.什么是内存屏障？具有什么作用？

7.volatile怎么通过内存屏障保证可见性和有序性？

8.volatile为啥不能保证原子性？

9.synchronized是个啥东西？应该怎么使用？

10.synchronized底层之monitor、对象头、Mark Word？

11.synchronized底层是怎么通过monitor进行加锁的？

12.synchronized的锁重入、锁消除、锁升级原理？无锁、偏向锁、轻量级锁、自旋、重量级锁

13.synchronized怎么保证可见性、有序性、原子性？

JAVA并发专题《结丹篇》

15.unsafe类的CAS是怎么保证原子性的？

16.Atomic原子类体系讲解

17.AtomicInteger、AtomicBoolean的底层原理

18.AtomicReference、AtomicStampReference底层原理

19.Atomic中的LongAdder底层原理之分段锁机制

20.Atmoic系列Strimped64分段锁底层实现源码剖析

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21.AQS是个啥？为啥说它是JAVA并发工具基础框架？

22.基于AQS的互斥锁底层源码深度剖析

23.基于AQS的共享锁底层源码深度剖析

24.ReentrantLock是怎么基于AQS实现独占锁的？

25.ReentrantLock的Condition机制底层源码剖析

26.CountDownLatch 门栓底层源码和实现机制深度剖析

27.CyclicBarrier 栅栏底层源码和实现机制深度剖析

28.Semaphore 信号量底层源码和实现机深度剖析

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31.CopyOnAarrayList 底层分析，怎么通过写时复制副本，提升并发性能？

32.ConcurrentLinkedQueue 底层分析，CAS 无锁化操作提升并发性能？

33.ConcurrentHashMap详解，底层怎么通过分段锁提升并发性能？

34.LinkedBlockedQueue 阻塞队列怎么通过ReentrantLock和Condition实现？

35.ArrayBlockedQueued 阻塞队列实现思路竟然和LinkedBlockedQueue一样？

36.DelayQueue 底层源码剖析，延时队列怎么实现？

37.SynchronousQueue底层原理解析

JAVA并发专题《飞升篇》线程池底层深度剖析

39.ThreadPoolExecutor 构造函数有哪些参数？这些参数分别表示什么意思？

40.内部有哪些变量，怎么表示线程池状态和线程数，看看道格.李大神是怎么设计的？