Java对象中的MarkWord

一、Java对象的内存结构

每个Java对象在内存中由三部分组成（以64位JVM为例）：

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|       对象头 (12-16字节)        |  → 包含Mark Word和类型指针
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|       实例数据 (不定长)          |  → 存储对象的字段值
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|       对齐填充 (0-7字节)         |  → 确保对象总大小为8的倍数
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二、Mark Word的核心作用

Mark Word是​​对象头的核心部分​​（固定8字节），用于存储对象的运行时状态，包括：

• 🔐 ​​锁状态​​（无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁）
• 🆔 ​​哈希码​​（对象的唯一标识）
• 🧓 ​​GC分代年龄​​（对象被垃圾回收的次数）
• 🧵 ​​线程ID​​（持有偏向锁的线程）
• ⏰ ​​时间戳​​（偏向锁的时效性验证）

📌 ​​关键设计​​：Mark Word像​​变色龙​​一样复用存储空间，根据对象状态动态调整内容。

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三、Mark Word的结构变化（锁升级视角）

下图展示64位JVM下Mark Word在不同锁状态时的结构变化：

| 锁状态      | Mark Word结构 (64位)                          | 标志位 |
|-------------|-----------------------------------------------|--------|
| **无锁**    | 哈希码(31位) \| 分代年龄(4位) \| 0 \| **01**  | `01`   |
| **偏向锁**  | 线程ID(54位) \| Epoch(2位) \| 1 \| **01**     | `01`   |
| **轻量级锁**| 指向栈中锁记录的指针(62位) \| **00**          | `00`   |
| **重量级锁**| 指向重量级锁(Monitor)的指针(62位) \| **10**   | `10`   |
| **GC标记**  | (空) \| **11**                                | `11`   |

🔍 ​​锁升级过程​​（以线程竞争为例）：
无锁 → 偏向锁（单线程反复访问）→ 轻量级锁（少量竞争，CAS自旋）→ 重量级锁（激烈竞争，线程阻塞）。

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四、核心字段详解

1. ​​分代年龄 (4位)​​

   • 记录对象被GC的次数（最大值15，因4位二进制最大值为1111=15）
   • 达到阈值后对象从年轻代晋升到老年代。

2. ​​哈希码 (31位)​​

   • 调用hashCode()后生成，延迟存储到Mark Word
   • 加锁后因空间不足，会迁移到Monitor中。

3. ​​线程ID (54位)​​

   • 偏向锁状态下记录持有锁的线程ID
   • 同一线程再次加锁时直接通行（无同步开销）。

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五、实战观察工具 - JOL

使用​​JOL库​​（Java Object Layout）直接打印对象内存布局：

// 添加Maven依赖
<dependency><groupId>org.openjdk.jol</groupId><artifactId>jol-core</artifactId><version>0.17</version>
</dependency>// 打印Object对象布局
public static void main(String[] args) {Object obj = new Object();System.out.println(ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
}

输出示例（无锁状态）：

java.lang.Object object internals:
OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION
0     4        (object header)  01 00 00 00  # Mark Word (01表示无锁)
4     4        (object header)  00 00 00 00  # 类型指针 (压缩后4字节)
8     4        (alignment padding)          # 对齐填充
Instance size: 16 bytes

🔑 ​​锁状态验证​​：
在synchronized代码块内打印对象布局，可见标志位从01变为00（轻量级锁）。

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六、为什么这样设计？

1. ​​空间极致利用​​

   • 通过动态复用8字节空间，避免为每种状态分配独立空间。

2. ​​性能优化​​

   • 偏向锁减少无竞争时的同步开销
   • 轻量级锁用CAS避免线程阻塞。

3. ​​扩展性​​

   • 标志位决定结构，未来可扩展新状态（如JDK15的ZGC标记位11）。

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七、总结：Mark Word的核心角色

功能	实现机制
​​身份证明​​	存储哈希码和GC年龄
​​锁管理​​	通过标志位切换锁状态
​​线程协同​​	记录持有锁的线程ID
​​内存优化​​	动态复用存储空间

💎 ​​一句话理解​​：
Mark Word是Java对象的​​智能身份证​​，既存储身份信息（哈希码/年龄），又动态反映当前状态（锁类型），以最小空间支撑JVM的高效运行。