Monitor概念介绍

一、Java对象头

HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。

HotSpot虚拟机的对象头包括三部分信息：

• Mark Word
• 指向类的指针
• 数组长度

普通对象

以 32 位虚拟机为例

Klass Word：指向对象的类型（一个指针找到它的类对象）

一个int 类型占4个字节，而一个Integer对象占8 + 4个字节

数组对象

说明

Object的对象头，分为两部分

• 第一部分是Mark Word，用来存储对象的运行时数据比如：hashcode，GC分代年龄，锁状态，持有锁信息，偏向锁的thread ID等等。

  在64位的虚拟机中，Mark Word是64bits，如果是在32位的虚拟机中Mark Word是32bits

• 第二部分就是Klass Word，Klass Word是一个类型指针，指向class的元数据，JVM通过Klass Word来判断该对象是哪个class的实例。

Mark Word结构

• 32位虚拟机下：MarkWord有4个字节 最后2个bit位表示状态

说明

age：垃圾回收时的分代年龄

biased_lock：是否为偏向锁

01/00（biased_lock后一位）：加锁状态

Normal：对象正常状态

当对对象进行相应改变，如施加轻量级锁、重量级锁，GC时，相应的Mark Word Structure会发生改变

状态说明

状态	标志位	存储内容
未锁定	01	对象哈希码、对象分代年龄
轻量级锁定	00	指向锁记录的指针
膨胀(重量级锁定)	10	执行重量级锁定的指针
GC标记	11	空(不需要记录信息)
可偏向	01	偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄

• 64位虚拟机下：MarkWord有8个字节 最后2个bit位表示状态

二、Monitor概念

Monitor被翻译为监视器或管程（通常称为“锁”）

每个Java对象都可以关联一个Monitor对象（JVM提供），如果使用synchronized给对象上锁(重量级)之后,该对象头的Mark Word中就被设置指向Monitor对象的指针

Monitor结构

• Monitor属性含义
  • Owner：锁的拥有者，唯一性，当线程尝试获得锁时若有其他线程引用，则无法获得
  • EntryList：阻塞（等待）队列，其他线程无法获得锁时，则一起进入阻塞队列，但是一旦线程释放锁，它们是竞争获得锁（而不是先来后到）
  • WaitSet：存放处于wait状态的线程队列，即调用wait()方法的线程

obj对象的MarkWord结构指向Monitor对象，当t2执行到synchronized方法时，首先判断临界区代码是否加锁。

t2首先判断Monitor Owner是否有线程引用，无则获得锁，执行临界区代码，其他线程t1，t3则进入阻塞队列，等待t2释放锁。

Monitor调用步骤

• 刚开始Monitor中Owner为null
• 当Thread-2 执行synchronized(obj)就会将Monitor的所有者Owner置为Thread-2, Monitor中只能有一个Owner
• 在Thread-2上锁的过程中，如果Thread-3，Thread-4， Thread-5 也来执行synchronized(obj), 就会进入EntryList BLOCKED
• Thread-2执行完同步代码块的内容，然后唤醒EntryList中等待的线程来竞争锁，竞争的时是非公平的
• 图中WaitSet中的Thread-0，Thread-1 是之前获得过锁，但条件不满足进入WAITING状态的线程，后面讲wait-notify时会分析

注意

• synchronized必须是进入同一个对象的monitor才有上述的效果
• 不加synchronized的对象不会关联监视器，不遵从以上规则