什么是JVM内存结构

简介: 什么是JVM内存结构

什么是JVM内存结构?
jvm将虚拟机分为5大区域,程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、java堆、方法区;

程序计数器:线程私有的,是一块很小的内存空间,作为当前线程的行号指示器,用于记录当前虚拟机正在执行的线程指令地址;
虚拟机栈:线程私有的,每个方法执行的时候都会创建一个栈帧,用于存储局部变量表、操作数、动态链接和方法返回等信息,当线程请求的栈深度超过了虚拟机允许的最大深度时,就会抛出StackOverFlowError;
本地方法栈:线程私有的,保存的是native方法的信息,当一个jvm创建的线程调用native方法后,jvm不会在虚拟机栈中为该线程创建栈帧,而是简单的动态链接并直接调用该方法;
堆:java堆是所有线程共享的一块内存,几乎所有对象的实例和数组都要在堆上分配内存,因此该区域经常发生垃圾回收的操作;
方法区:存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码数据。即永久代,在jdk1.8中不存在方法区了,被元数据区替代了,原方法区被分成两部分;1:加载的类信息,2:运行时常量池;加载的类信息被保存在元数据区中,运行时常量池保存在堆中; 什么是JVM内存模型?
Java 内存模型(下文简称 JMM)就是在底层处理器内存模型的基础上,定义自己的多线程语义。它明确指定了一组排序规则,来保证线程间的可见性。

这一组规则被称为 Happens-Before, JMM 规定,要想保证 B 操作能够看到 A 操作的结果(无论它们是否在同一个线程),那么 A 和 B 之间必须满足 Happens-Before 关系:

单线程规则:一个线程中的每个动作都 happens-before 该线程中后续的每个动作
监视器锁定规则:监听器的解锁动作 happens-before 后续对这个监听器的锁定动作
volatile 变量规则:对 volatile 字段的写入动作 happens-before 后续对这个字段的每个读取动作
线程 start 规则:线程 start() 方法的执行 happens-before 一个启动线程内的任意动作
线程 join 规则:一个线程内的所有动作 happens-before 任意其他线程在该线程 join() 成功返回之前
传递性:如果 A happens-before B, 且 B happens-before C, 那么 A happens-before C
怎么理解 happens-before 呢?如果按字面意思,比如第二个规则,线程(不管是不是同一个)的解锁动作发生在锁定之前?这明显不对。happens-before 也是为了保证可见性,比如那个解锁和加锁的动作,可以这样理解,线程1释放锁退出同步块,线程2加锁进入同步块,那么线程2就能看见线程1对共享对象修改的结果。
Java 提供了几种语言结构,包括 volatile, final 和 synchronized, 它们旨在帮助程序员向编译器描述程序的并发要求,其中:

volatile - 保证可见性和有序性
synchronized - 保证可见性和有序性; 通过管程(Monitor)\保证一组动作的原子性
final - 通过禁止在构造函数初始化和给 final 字段赋值这两个动作的重排序,保证可见性(如果 this 引用逃逸就不好说可见性了)
编译器在遇到这些关键字时,会插入相应的内存屏障,保证语义的正确性。

有一点需要注意的是,synchronized 不保证同步块内的代码禁止重排序,因为它通过锁保证同一时刻只有一个线程访问同步块(或临界区),也就是说同步块的代码只需满足 as-if-serial 语义 - 只要单线程的执行结果不改变,可以进行重排序。

所以说,Java 内存模型描述的是多线程对共享内存修改后彼此之间的可见性,另外,还确保正确同步的 Java 代码可以在不同体系结构的处理器上正确运行。

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