java创建对象

new Object()创建对象时在内存中的分布–正对于64位

1. 对象头

1) mark word：标记字段 32位长度为32bit，64位系统上长度为64bit

   hashcode、GC分代年龄、锁信息（锁标志、锁记录）等

在32位系统上mark word长度为32bit，64位系统上长度为64bit。为了能在有限的空间里存储下更多的数据，其存储格式是不固定的，在32位系统上各状态的格式如下：

可以看到锁信息也是存在于对象的mark word中的。
> * 当对象状态为偏向锁（biasable）时，mark word存储的是偏向的线程ID；
> * 当状态为轻量级锁（lightweight locked）时，mark word存储的是指向线程栈中Lock Record的指针；
> * 当状态为重量级锁（inflated）时，为指向堆中的monitor对象的指针。

2) klass word ：类型指针

3) array size ：数组对象：数组长度

2. 实例数据

所有属性加起来的大小

3.对齐填充

实例数据不一定有，取决于实例数据，针对于JVM来说实例数据是8的整数倍，当实例数据不满足这一条件时，对其填充会将其补足为8的整数倍。

如对象属性加起来为63字节，那么对其填充就是1字节，则实例数据就是64字节。

重量级锁

重量级锁是我们常说的传统意义上的锁，其利用操作系统底层的同步机制去实现Java中的线程同步。

重量级锁的状态下，对象的mark word为指向一个堆中monitor对象的指针。

一个monitor对象包括这么几个关键字段：cxq（下图中的ContentionList），EntryList ，WaitSet，owner。

其中cxq ，EntryList ，WaitSet都是由ObjectWaiter的链表结构，owner指向持有锁的线程。

当一个线程尝试获得锁时，如果该锁已经被占用，则会将该线程封装成一个ObjectWaiter对象插入到 cxq 的队列尾部，然后暂停当前线程。当持有锁的线程释放锁前，会将cxq中的所有元素移动到EntryList中去，并唤醒EntryList的队首线程。

如果一个线程在同步块中调用了Object#wait方法，会将该线程对应的ObjectWaiter从EntryList移除并加入到WaitSet中，然后释放锁。当wait的线程被notify之后，会将对应的ObjectWaiter从WaitSet移动到EntryList中。

以上只是对重量级锁流程的一个简述，其中涉及到的很多细节，比如ObjectMonitor对象从哪来？释放锁时是将cxq中的元素移动到EntryList的尾部还是头部？notfiy时，是将ObjectWaiter移动到EntryList的尾部还是头部？

关于具体的细节，会在重量级锁的文章中分析。

轻量级锁

JVM的开发者发现在很多情况下，在Java程序运行时，同步块中的代码都是不存在竞争的，不同的线程交替的执行同步块中的代码。这种情况下，用重量级锁是没必要的。因此JVM引入了轻量级锁的概念。

线程在执行同步块之前，JVM会先在当前的线程的栈帧中创建一个Lock Record，其包括一个用于存储对象头中的 mark word（官方称之为Displaced Mark Word）以及一个指向对象的指针。下图右边的部分就是一个Lock Record。

1. 加锁过程

在线程栈中创建一个Lock Record ，将其 obj （即上图的Object reference）字段指向锁对象。
直接通过CAS指令将Lock Record 的地址存储在对象头的make word中，如果对象处于无锁状态则修改成功，代表该线程获得了轻量级锁。如果失败，进入到步骤3。
如果是当前线程已经持有该锁了，代表这是一次锁重入。设置Lock Record第一部分（Displaced Mark Word）未null，起到了一个重入计数器的作用。
执行到这一步说明发生了竞争，需要膨胀为重量级锁。

2. 解锁过程

遍历线程栈，找到所有obj字段等于当前锁对象的Lock Record 。
如果Lock Record 的Displaced Mark Word为null，代表这是一次重入，将obj设置为null后continue。
如果Lock Record 的Displaced Mark Word不为null，则利用 CAS 指令将对象头的 mark word恢复成为Displaced Mark Word。如果成功，则continue，否则膨胀为重量级锁。

偏向锁

1. 对象创建

当JVM启用了偏向锁模式（1.6以上默认开启），当新创建一个对象的时候，如果该对象所属的class没有关闭偏向锁模式（什么时候会关闭一个class的偏向模式下文会说，默认所有class的偏向模式都是是开启的），那新创建对象的mark word将是可偏向状态，此时mark word中的thread id（参见上文偏向状态下的mark word格式）为0，表示未偏向任何线程，也叫做匿名偏向(anonymously biased)。

2. 加锁过程

case 1：当该对象第一次被线程获得锁的时候，发现是匿名偏向状态，则会用CAS指令，将mark word中的thread id由0改成当前线程Id。如果成功，则代表获得了偏向锁，继续执行同步块中的代码。否则，将偏向锁撤销，升级为轻量级锁。

case 2：当被偏向的线程再次进入同步块时，发现锁对象偏向的就是当前线程，在通过一些额外的检查后（细节见后面的文章），会往当前线程的栈中添加一条Displaced Mark Word为空的Lock Record中，然后继续执行同步块的代码，因为操纵的是线程私有的栈，因此不需要用到CAS指令；由此可见偏向锁模式下，当被偏向的线程再次尝试获得锁时，仅仅进行几个简单的操作就可以了，在这种情况下，synchronized关键字带来的性能开销基本可以忽略。

case 3.当其他线程进入同步块时，发现已经有偏向的线程了，则会进入到撤销偏向锁的逻辑里，一般来说，会在safepoint中去查看偏向的线程是否还存活，如果存活且还在同步块中则将锁升级为轻量级锁，原偏向的线程继续拥有锁，当前线程则走入到锁升级的逻辑里；如果偏向的线程已经不存活或者不在同步块中，则将对象头的mark word改为无锁状态（unlocked），之后再升级为轻量级锁。

由此可见，偏向锁升级的时机为：当锁已经发生偏向后，只要有另一个线程尝试获得偏向锁，则该偏向锁就会升级成轻量级锁。当然这个说法不绝对，因为还有批量重偏向这一机制。

3. 解锁过程

当有其他线程尝试获得锁时，是根据遍历偏向线程的lock record来确定该线程是否还在执行同步块中的代码。因此偏向锁的解锁很简单，仅仅将栈中的最近一条lock record的obj字段设置为null。需要注意的是，偏向锁的解锁步骤中并不会修改对象头中的thread id。

总结

Java中的synchronized有偏向锁、轻量级锁、重量级锁三种形式，分别对应了锁只被一个线程持有、不同线程交替持有锁、多线程竞争锁三种情况。当条件不满足时，锁会按偏向锁->轻量级锁->重量级锁的顺序升级。JVM种的锁也是能降级的，只不过条件很苛刻，不在我们讨论范围之内。该篇文章主要是对Java的synchronized做个基本介绍，后文会有更详细的分析。

Synchronized和ReentrantLock的区别

原理弄清楚了，顺便总结了几点Synchronized和ReentrantLock的区别：

Synchronized是JVM层次的锁实现，ReentrantLock是JDK层次的锁实现；
Synchronized的锁状态是无法在代码中直接判断的，但是ReentrantLock可以通过ReentrantLock#isLocked判断；
Synchronized是非公平锁，ReentrantLock是可以是公平也可以是非公平的；
Synchronized是不可以被中断的，而ReentrantLock#lockInterruptibly方法是可以被中断的；
在发生异常时Synchronized会自动释放锁（由javac编译时自动实现），而ReentrantLock需要开发者在finally块中显示释放锁；
ReentrantLock获取锁的形式有多种：如立即返回是否成功的tryLock(),以及等待指定时长的获取，更加灵活；
Synchronized在特定的情况下对于已经在等待的线程是后来的线程先获得锁（上文有说），而ReentrantLock对于已经在等待的线程一定是先来的线程先获得锁；