Monitor概念
Monitor 被翻译为监视器或管程
每个 Java 对象都可以关联一个 Monitor 对象， 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 对象其实是操作系统自己产生的，而不是Java运行出来的。
例如：Integer和int关键字，他们所占用的字节分别为8个字节+4个字节，8个字节代表的是Monitor带的Java对象头，能够让操作系统找到并调用。
Java 对象头
普通对象
|----------------------------------------------------------|| Object Header (64 bits) ||----------------------------------------------------------|| Mark Word (32 bits) | Klass Word (32 bits) ||----------------------------------------------------------|
Mark Word : 用于存储对象自身的运行时数据， 如哈希码 （HashCode) 、GC 分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID等。同时考虑到虚拟机的空间效率，Mark Word 被设计成一个有着动态定义的数据结构。
Klass Word：类型定义信息 ， Java 虚拟机通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例（并不是所有的虚拟机都必须在对象数据上保留类型指针）。此外，如果对象是一个 Java 数组，那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据，因为如果数组的长度是不确定的，将无法推断出数组的大小。
数组对象
|--------------------------------------------------------------------------------------|| Object Header (96 bits) ||--------------------------------------------------------------------------------------|| Mark Word (32 bits) | Klass Word (32 bits) | array length (32bits) ||--------------------------------------------------------------------------------------|
其中 Mark Word 结构 （动态数据结构）为
| 存储内容 | 标志位 | 状态 |
|---|---|---|
| 对象哈希码、对象分代年龄 | 01 | 未锁定 | Normal |
| 指向锁记录的指针 | 00 | 轻量级锁定 | LightWeight Locked |
| 指向重量级锁的指针 | 10 | 膨胀（重量级锁定）| HeavyWeight Locked |
| 空，不需要记录信息 | 11 | GC标记 | Marked for GC |
| 偏向线程ID、便向时间戳、对象分代年龄 | 01 | 可偏向 | Biased |
32 位虚拟机
|-------------------------------------------------- |-----------------------------------|| Mark Word (32 bit) | State ||-------------------------------------------------- |-----------------------------------|| hashcode:25 | age:4 | biased_block:0 |01 | Normal ||-------------------------------------------------- |-----------------------------------|| thread:23 |epoch:2| age:4 | biased_block:1 |01 | Biased ||-------------------------------------------------- |-----------------------------------|| ptr_to_lock_record:30 |00 | LightWeight Locked ||-------------------------------------------------- |-----------------------------------|| ptr_to_heavyweight_monitor:30 |10 | HeavyWeight Locked ||-------------------------------------------------- |-----------------------------------|| |11 | Marked for GC ||-------------------------------------------------- |-----------------------------------|
64 位虚拟机
|-------------------------------------------------------------|-------------------------|| Mark Word (64 bit) | State ||-------------------------------------------------------------|-------------------------|| unused:25 | hashcode:31 | unused:1 | age:4 | biased_block:0 | 01 | Normal ||-------------------------------------------------------------|-------------------------|| thread:23 | epoch:2 | unused:1 | age:4 | biased_block:1 | 01 | Biased ||-------------------------------------------------------------|-------------------------|| ptr_to_lock_record:62 | 00 | LightWeight Locked ||-------------------------------------------------------------|-------------------------|| ptr_to_heavyweight_monitor:62 | 10 | HeavyWeight Locked ||-------------------------------------------------------------|-------------------------|| | 11 | Marked for GC ||-------------------------------------------------------------|-------------------------|
一个Monitor对象的使用情况：
线程切换
- 刚开始 Monitor 中 Owner 为 null
- 当 Thread-0 执行 synchronized(object) 上锁就会将 Monitor 的所有者 Owner 置为 Thread-0, 同时对象 object 中的 Mark Word 的 state 也会发生相应改变。
- 在 Thread-0 上锁的过程中，如果 Thread-1, Thread-2, Thread-3 也来执行 synchronized(object), 就会进入 EntryList 变成 BLOCKED 状态
- Thread-0 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，竞争时是非公平的
- 图中 WaitSet 中的 Thread-4, Thread-5 是之前获得过锁，但条件不满足进入 WAITING 状态的线程，可以由 notifyAll() , notify() 唤醒
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
C++源码分析
hpp：头文件的申明 ```cpp // 底层使用的是双向链表 class ObjectWaiter : public StackObj {
ObjectWaiter * volatile _prev; // （指针）指向上一个线程 }ObjectWaiter * volatile _next; // （指针）指向下一个线程(唤醒策略，双向链表，好处是当一个线程优先级较高，从waitSet中移除了，然后指针只要一修改，该线程就被移除了，然后剩下的链表就可以重新连上了)
// 锁的状态 class ObjectMonitor { public: enum { OM_OK, // no error OM_SYSTEM_ERROR, // operating system error OM_ILLEGAL_MONITOR_STATE, // IllegalMonitorStateException OM_INTERRUPTED, // Thread.interrupt() OM_TIMED_OUT // Object.wait() timed out };
//构造器 ObjectMonitor() { _header = NULL; _count = 0; _waiters = 0; _recursions = 0; // 递归；线程的重入次数，典型的System.out.println,嵌套的数量，线程进入一次加一的数量 _object = NULL; // 对应synchronized (object)对应里面的object _owner = NULL; // 标识拥有该monitor的线程 _WaitSet = NULL; // 因为调用object.wait()方法而被阻塞的线程会被放在该队列中 _WaitSetLock = 0 ; // 保护等待队列 自旋锁 _Responsible = NULL; _succ = NULL; _cxq = NULL; // 竞争队列，所有请求锁的线程首先会被放在这个队列中 FreeNext = NULL; _EntryList = NULL; // 阻塞；第二轮竞争锁仍然没有抢到的线程(偏向/可重入) _SpinFreq = 0; _SpinClock = 0; OwnerIsThread = 0; } protected: // protected for jvmtiRawMonitor void volatile _owner; // pointer to owning thread OR BasicLock volatile jlong _previous_owner_tid; // thread id of the previous owner of the monitor volatile intptr_t _recursions; // recursion count, 0 for first entry private: int OwnerIsThread ; // _owner is (Thread ) vs SP/BasicLock ObjectWaiter volatile _cxq ; // LL of recently-arrived threads blocked on entry. // The list is actually composed of WaitNodes, acting // as proxies for Threads. protected: ObjectWaiter volatile _EntryList ; // Threads blocked on entry or reentry. protected: ObjectWaiter * volatile _WaitSet; // LL of threads wait()ing on the monitor private: volatile int _WaitSetLock; // protects Wait Queue - simple spinlock } ```
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