Java内存模型

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Java内存模型 - 图1
锁清秋

1、线程和进程的区别

进程与线程的一个简单解释

1、 进程是执行着的应用程序，线程是进程中的执行单元。
2、 进程是资源分配单元，线程是执行单元
3、 进程之间相互独立，同一进程的线程共用进程资源。
4、 进程间通讯通过IPC，同一进程间线程通讯通过写入进程数据段来通讯，需要用到sychronized与voltaile等线程同步手段保持数据的一致性。
5、线程切换比进程切换快而且所需资源较少。

2、线程、进程与jvm之间的关系

Java 编写的程序都运行在在 Java虚拟机（JVM）中，每用java命令启动一个java应用程序，就会启动一个JVM进程。 在同一个JVM进程中，有且只有一个进程，就是它自己。在这个JVM环境中，所有程序代码的运行都是以线程来运行的。 JVM 找到程序程序的入口点 main()，然后运行 main() 方法，这样就产生了一个线程，这个线程称之为主线程。 当 main 方法结束后，主线程运行完成。JVM 进程也随即退出。 (JVM什么时候启动？类被调用 JVM线程—-》其他的线程（main）) Java内存模型 - 图2

3、JVM内存区域

Java内存模型 - 图3
JVM 内存区域主要分为线程私有区域【程序计数器、虚拟机栈、本地方法区】、线程共享区域【JAVA 堆、方法区】、直接内存。

  • 方法区：类信息、常量、static 、JIT（JAVA即时编译） 、运行时常量池（信息共享）
  • Java堆区：实例对象 数组 GC （信息共享，垃圾收集的最重要的内存区域） (OOM)
  • VM stack：Java方法在运行的内存模型 (OOM)
  • PC：java线程的私有数据，这个数据就是执行下一条指令的地址
  • Native method stack: JVM的native ( NIO 提供了基于 Channel 与 Buffer 的 IO 方式, 它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存, 然后使用DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作)

线程私有数据区域生命周期与线程相同, 依赖用户线程的启动/结束 而 创建/销毁(在 HotspotVM 内, 每个线程都与操作系统的本地线程直接映射, 因此这部分内存区域的存/否跟随本地线程的生/死对应)。
线程共享区域随虚拟机的启动/关闭而创建/销毁。
Java内存模型 - 图4

4、Java内存模型 Java memory model JMM(规范,抽象的模型)

Java内存模型 - 图5
1）主内存：共享的信息
2）工作内存：私有信息，基本数据类型，直接分配到工作内存，引用的地址存放在工作内存，引用的对象存放在堆中
3）工作方式：

  • A 线程修改私有数据，直接在工作空间修改

  • B 线程修改共享数据，把数据复制到工作空间中去，在工作空间中修改，修改完成以后，刷新内存中的数据

    5、硬件内存架构与java内存模型

    1、硬件架构

    Java内存模型 - 图6
    a) CPU缓存的一致性问题：并发处理的不同步
    b) 解决方案：

  • 总线加锁： 降低CPU的吞吐量

  • ii. 缓存上的一致性协议（MESI）

    当CPU在CACHE中操作数据时，如果该数据是共享变量，数据在CACHE读到寄存器中，进行新修改，并更新内存数据, CaCHE LINE置无效，其他的CPU就从内存中读数据

2、Java线程与硬件处理器

Java内存模型 - 图7

3、Java内存模型与硬件内存架构的关系

Java内存模型 - 图8
交叉：数据的不一致

4、Java内存模型的必要性

Java内存模型的作用：规范内存数据和工作空间数据的交互

6、并发编程的三个重要特性

  1. 原子性：不可分割 x=1
  2. 可见性：程序只能操作自己工作空间中的数据
  3. 有序性：程序中的顺序不一定就是程序执行的顺序 ```
  • 编译重排序

  • 指令重排序 （都是为了提高效率） ```

    7、JMM对三个特征的保证

    1、JMM 与原子性 ：

    A) X=10 写 原子性 如果是私有数据具有原子性，如果是共享数据没原子性（读写）
    B) Y=x 没有原子性

  • a) 把数据X读到工作空间（原子性）

  • b) 把X的值写到Y（原子性）

C) I++ 没有原子性

  • a) 读i到工作空间
  • b) +1；
  • c) 刷新结果到内存

D) Z=z+1 没有原子性

  • a) 读z到工作空间
  • b) +1；
  • c) 刷新结果到内存

多个原子性的操作合并到一起没有原子性
保证方式：

  • Synchronized

  • JUC： Lock的lock

    2、JMM 与可见性 ：

  • Volatile:在JMM模型上实现MESI协议

  • Synchronized:加锁

  • JUC Lock的lock

    3、JMM与有序性

  • Volatile：

  • Synchronized：
  • Happens-before原则：
    1）程序次序原则
    2）锁定原则 ：后一次加锁必须等前一次解锁
    3）Volatile原则：霸道原则
    4）传递原则：A—-B —-C A—C

    8、总结

    JVM内存区域和JMM的关系
    JMM和硬件的关系
    JMM和并发编程三个重要特征（有序性 as-if-seria【单线程中重排后不影响执行的结果，多线程】 happens-before ）