java通过jol-core库分析对象内存分布以及查看Synchronized锁升级过程

    在Java开发中，我们可以借助jol-core这个库来查看对象内存信息。

     引入依赖：

<dependency>
      <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
      <artifactId>jol-core</artifactId>
      <version>0.17</version>
</dependency>

    要查看对象内存信息，我们只需要调用ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable() 

    如下所示的代码，是查看两个对象信息：

package com.xxx.mem;
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
public class ObjectPrintExample {
    public static void main(String[] args) {
        Object object = new Object();
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
        Object[] arr = new Object[10];
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(arr).toPrintable());
    }
}

    运行程序，打印信息如下所示：

 

    从打印内容来看，我们看到了对象包含：对象头，对象体，对齐字节。

    其中对象头包括： mark word,klass word,数组长度。如果对象不是数组，数组长度可以忽略不记，上图中，我们打印object，数组长度就没有体现（array length）。

    我们这里重点关注一下对象头中的mark word，如下所示：

    这里面通过对象头64位中的最后3位的值，我们看到它们取值不同，可能会出现几种状态，其中无锁 、偏向锁、轻量级锁，重量级锁正是Sychronized锁升级过程中表现出来的升级状态。

    下面我们通过一段代码的运行来感受一下这几个状态的变化：

package com.xxx.mem;
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class LayoutPrintExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object o = new Object();
        // Step 1
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new Object()).toPrintable());
        TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        // Step 2
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new Object()).toPrintable());
        //Step 3
        synchronized(o) {
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        }
        // Step 4
        new Thread(()-> {
            synchronized(o) {
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
            }
        }).start();
        // Step 5
        new Thread(()-> {
            synchronized(o) {
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
            }
        }).start();
    }
}

    这段代码直接运行，可能达不到我们需要的效果，因为jdk默认不会开启偏向锁，所以我们要手动开启，并且设置一个延时4秒，这样我们正好看清整个锁升级过程。

    虚拟机参数：-XX:BiasedLockingStartupDelay=4 -XX:+UseBiasedLocking

    运行程序，打印结果：

 

    这个结果的解释：

   step1，程序刚开始运行，因为开启了偏向锁，第一次打印无锁状态。

   step2，这里睡眠4秒，相当于延时4秒，虚拟机偏向锁生效，打印出偏向锁状态。

   step3，由于程序调用synchronized，对象锁升级为轻量级锁。

   step4，在线程中调用synchronized，这时候竞争并不是很激烈，还是轻量级锁。

   step5，在另一个线程中调用synchronized，相当于多线程环境，这时候竞争激烈，自身cas已经无法满足需求，对象锁升级为重量级锁。

    这里我们通过对象头markword也看出了锁状态，分别是non-biasable,biasable,thin lock,thin lock,fat lock。另外，通过16进制对应的二进制结果也验证了一下markword对应后三位状态。

    jol-core可能因为版本不同，显示的markword，可能是十六进制，也有可能是二进制，如果是二进制，我们需要注意，是否为小端序、大端序，如果端序搞错，结果有可能不是我们期望的锁状态。