在介绍对象在内存中的组成结构前，我们先简要回顾一个对象的创建过程：
1、jvm将对象所在的class文件加载到方法区中
2、jvm读取main方法入口，将main方法入栈，执行创建对象代码
3、在main方法的栈内存中分配对象的引用，在堆中分配内存放入创建的对象，并将栈中的引用指向堆中的对象
所以当对象在实例化完成之后，是被存放在堆内存中的，这里的对象由3部分组成，如下图所示：
对各个组成部分的功能简要进行说明：
- 对象头：对象头存储的是对象在运行时状态的相关信息、指向该对象所属类的元数据的指针，如果对象是数组对象那么还会额外存储对象的数组长度
- 实例数据：实例数据存储的是对象的真正有效数据，也就是各个属性字段的值，如果在拥有父类的情况下，还会包含父类的字段。字段的存储顺序会受到数据类型长度、以及虚拟机的分配策略的影响
- 对齐填充字节：在java对象中，需要对齐填充字节的原因是，64位的jvm中对象的大小被要求向8字节对齐，因此当对象的长度不足8字节的整数倍时，需要在对象中进行填充操作。注意图中对齐填充部分使用了虚线，这是因为填充字节并不是固定存在的部分，这点在后面计算对象大小时具体进行说明
2、JOL 工具简介
在具体开始研究对象的内存结构之前，先介绍一下我们要用到的工具，openjdk官网提供了查看对象内存布局的工具jol (java object layout)，可在maven中引入坐标：
- <dependency>
- <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
- <artifactId>jol-core</artifactId>
- <version>0.14</version>
- </dependency>
在代码中使用jol提供的方法查看jvm信息：
- System.out.println(VM.current().details());
通过打印出来的信息，可以看到我们使用的是64位 jvm，并开启了指针压缩，对象默认使用8字节对齐方式。通过jol查看对象内存布局的方法，将在后面的例子中具体展示，下面开始对象内存布局的正式学习。
3、对象头
首先看一下对象头(Object header)的组成部分，根据普通对象和数组对象的不同，结构将会有所不同。只有当对象是数组对象才会有数组长度部分，普通对象没有该部分，如下图所示：
在对象头中mark word 占8字节，默认开启指针压缩的情况下klass pointer 占4字节，数组对象的数组长度占4字节。在了解了对象头的基础结构后，现在以一个不包含任何属性的空对象为例，查看一下它的内存布局，创建User类：
- public class User {
- }
使用jol查看对象头的内存布局：
- public static void main(String[] args) {
- User user=new User();
- //查看对象的内存布局
- System.out.println(ClassLayout.parseInstance(user).toPrintable());
- }
执行代码，查看打印信息：
- OFFSET：偏移地址，单位为字节
- SIZE：占用内存大小，单位为字节
- TYPE：Class中定义的类型
- DESCRIPTION：类型描述，Obejct header 表示对象头，alignment表示对齐填充
- VALUE：对应内存中存储的值
当前对象共占用16字节，因为8字节标记字加4字节的类型指针，不满足向8字节对齐，因此需要填充4个字节：
- 8B (mark word) + 4B (klass pointer) + 0B (instance data) + 4B (padding)
这样我们就通过直观的方式，了解了一个不包含属性的最简单的空对象，在内存中的基本组成是怎样的。在此基础上，我们来深入学习对象头中各个组成部分。
3.1 Mark Word 标记字
在对象头中，mark word 一共有64个bit，用于存储对象自身的运行时数据，标记对象处于以下5种状态中的某一种：
3.1.1 基于mark word的锁升级
在jdk6 之前，通过synchronized关键字加锁时使用无差别的的重量级锁，重量级锁会造成线程的串行执行，并且使cpu在用户态和核心态之间频繁切换。随着对synchronized的不断优化，提出了锁升级的概念，并引入了偏向锁、轻量级锁、重量级锁。在mark word中，锁(lock)标志位占用2个bit，结合1个bit偏向锁(biased_lock)标志位，这样通过倒数的3位，就能用来标识当前对象持有的锁的状态，并判断出其余位存储的是什么信息。
基于mark word的锁升级的流程如下：
1、锁对象刚创建时，没有任何线程竞争，对象处于无锁状态。在上面打印的空对象的内存布局中，根据大小端，得到最后8位是00000001，表示处于无锁态，并且处于不可偏向状态。这是因为在jdk中偏向锁存在延迟4秒启动，也就是说在jvm启动后4秒后创建的对象才会开启偏向锁，我们通过jvm参数取消这个延迟时间：
- -XX:BiasedLockingStartupDelay=0
这时最后3位为101，表示当前对象的锁没有被持有，并且处于可被偏向状态。
2、在没有线程竞争的条件下，第一个获取锁的线程通过CAS将自己的threadId写入到该对象的mark word中，若后续该线程再次获取锁，需要比较当前线程threadId和对象mark word中的threadId是否一致，如果一致那么可以直接获取，并且锁对象始终保持对该线程的偏向，也就是说偏向锁不会主动释放。
使用代码进行测试同一个线程重复获取锁的过程：
- public static void main(String[] args) {
- User user=new User();
- synchronized (user){
- System.out.println(ClassLayout.parseInstance(user).toPrintable());
- }
- System.out.println(ClassLayout.parseInstance(user).toPrintable());
- synchronized (user){
- System.out.println(ClassLayout.parseInstance(user).toPrintable());
- }
- }
执行结果：
可以看到一个线程对一个对象加锁、解锁、重新获取对象的锁时，mark word都没有发生变化，偏向锁中的当前线程指针始终指向同一个线程。
