閱讀本部落格前，需要了解基本的同步概念，傳送門：http://note.youdao.com/noteshare?id=7f10475c6bb01658b955eaca531c0be6&sub=590214A72B3C455FAB266C4FB7A32698
我們都知道，Java對象存儲在堆（Heap）記憶體。那麼一個Java對象到底包含什麼呢？概括起來分為對象頭、對象體和對齊位元組。如下圖所示：
對象的幾個部分的作用：
1.對象頭中的Mark Word（标記字）主要用來表示對象的線程鎖狀态，另外還可以用來配合GC、存放該對象的hashCode；
2.Klass Word是一個指向方法區中Class資訊的指針，意味着該對象可随時知道自己是哪個Class的執行個體；
3.數組長度也是占用64位（8位元組）的空間，這是可選的，隻有當本對象是一個數組對象時才會有這個部分；
4.對象體是用于儲存對象屬性和值的主體部分，占用記憶體空間取決于對象的屬性數量和類型；
5.對齊字是為了減少堆記憶體的碎片空間（不一定準确）。
了解了對象的總體結構，接下來深入地了解對象頭的三個部分。
一、Mark Word（标記字）
Java對象的狀态主要靠Mark Word來标記，主要有5種，大部分與線程有關。這裡以64位JVM為例：
以上是Java對象處于5種不同狀态時，Mark Word中64個位的表現形式，上面每一行代表對象處于某種狀态時的樣子。其中各部分的含義如下：
lock:2位的鎖狀态标記位，由于希望用盡可能少的二進制位表示盡可能多的資訊，是以設定了lock标記。該标記的值不同，整個Mark Word表示的含義不同。biased_lock和lock一起，表達的鎖狀态含義如下：
biased_lock lock 狀态
0 01 無鎖
1 01 偏向鎖
00 輕量級鎖
10 重量級鎖
11 GC标記
biased_lock：對象是否啟用偏向鎖标記，隻占1個二進制位。為1時表示對象啟用偏向鎖，為0時表示對象沒有偏向鎖。lock和biased_lock共同表示對象處于什麼鎖狀态。
age：4位的Java對象年齡。在GC中，如果對象在Survivor區複制一次，年齡增加1。當對象達到設定的門檻值時，将會晉升到老年代。預設情況下，并行GC的年齡門檻值為15，并發GC的年齡門檻值為6。由于age隻有4位，是以最大值為15，這就是-XX:MaxTenuringThreshold選項最大值為15的原因。
identity_hashcode：31位的對象辨別hashCode，采用延遲加載技術。調用方法System.identityHashCode()計算，并會将結果寫到該對象頭中。當對象加鎖後（偏向、輕量級、重量級），MarkWord的位元組沒有足夠的空間儲存hashCode，是以該值會移動到管程Monitor中。
thread：持有偏向鎖的線程ID。
epoch：偏向鎖的時間戳。
ptr_to_lock_record：輕量級鎖狀态下，指向棧中鎖記錄的指針。
ptr_to_heavyweight_monitor：重量級鎖狀态下，指向對象螢幕Monitor的指針。
我們通常說的通過synchronized實作的同步鎖，真實名稱叫做重量級鎖。但是重量級鎖會造成線程排隊（串行執行），且會使CPU在使用者态和核心态之間頻繁切換，是以代價高、效率低。為了提高效率，不會一開始就使用重量級鎖，JVM在内部會根據需要，按如下步驟進行鎖的更新：
1.初期鎖對象剛建立時，還沒有任何線程來競争，對象的Mark Word是下圖的第一種情形，這偏向鎖辨別位是0，鎖狀态01，說明該對象處于無鎖狀态（無線程競争它）。
2.當有一個線程來競争鎖時，先用偏向鎖，表示鎖對象偏愛這個線程，這個線程要執行這個鎖關聯的任何代碼，不需要再做任何檢查和切換，這種競争不激烈的情況下，效率非常高。這時Mark Word會記錄自己偏愛的線程的ID，把該線程當做自己的熟人。如下圖第二種情形。
3.當有兩個線程開始競争這個鎖對象，情況發生變化了，不再是偏向（獨占）鎖了，鎖會更新為輕量級鎖，兩個線程公平競争，哪個線程先占有鎖對象并執行代碼，鎖對象的Mark Word就執行哪個線程的棧幀中的鎖記錄。如下圖第三種情形。
4.如果競争的這個鎖對象的線程更多，導緻了更多的切換和等待，JVM會把該鎖對象的鎖更新為重量級鎖，這個就叫做同步鎖，這個鎖對象Mark Word再次發生變化，會指向一個螢幕對象，這個螢幕對象用集合的形式，來登記和管理排隊的線程。如下圖第四種情形。
如果線程競争鎖以圖的方式來單獨描述的話，鎖對象處于5種狀态下的Mark Word分别表現如下：
二、Klass Word（類指針）
這一部分用于存儲對象的類型指針，該指針指向它的類中繼資料，JVM通過這個指針确定對象是哪個類的執行個體。該指針的位長度為JVM的一個字大小，即32位的JVM為32位，64位的JVM為64位。
如果應用的對象過多，使用64位的指針将浪費大量記憶體，統計而言，64位的JVM将會比32位的JVM多耗費50%的記憶體。為了節約記憶體可以使用選項+UseCompressedOops開啟指針壓縮，其中，oop即ordinary object pointer普通對象指針。開啟該選項後，下列指針将壓縮至32位：
- 每個Class的屬性指針（即靜态變量）
- 每個對象的屬性指針（即對象變量）
- 普通對象數組的每個元素指針
當然，也不是所有的指針都會壓縮，一些特殊類型的指針JVM不會優化，比如指向PermGen的Class對象指針(JDK8中指向元空間的Class對象指針)、本地變量、堆棧元素、入參、傳回值和NULL指針等。
三、數組長度
如果對象是一個數組，那麼對象頭還需要有額外的空間用于存儲數組的長度，這部分資料的長度也随着JVM架構的不同而不同：32位的JVM上，長度為32位；64位JVM則為64位。64位JVM如果開啟+UseCompressedOops選項，該區域長度也将由64位壓縮至32位。
by@六噸代碼