Java内存模型

Posted 2021-02-21 路仁甲

线程与JVM

1基本概念：

程序：代码，完成某一件任务，代码序列（静态的概念）

进程：程序在某些数据上的一次运行（动态的概念）

线程：一个进程可能包含一个或多个线程（占有资源的独立单元）

2 JVM与线程

JVM什么时候启动？类被调用    JVM线程---》其他的线程（main）

线程在JVM中

3 JVM内存区域

Java 内存区域和内存模型是不一样的东西，内存区域是指 Jvm 运行时将数据分区域存储，强调对内存空间的划分。

而内存模型（Java Memory Model，简称 JMM ）是定义了线程和主内存之间的抽象关系，即 JMM 定义了 JVM 在计算机内存(RAM)中的工作方式，

如果我们要想深入了解Java并发编程，就要先理解好Java内存模型。

众所周知，Java 虚拟机有自动内存管理机制，如果出现内存泄漏和溢出方面的问题，排查错误就必须要了解虚拟机是怎样使用内存的。

下图是 JDK8 之后的 JVM 内存布局。

 

 

 JDK8 之前的内存区域图如下:

 

 

 

 

方法区：类信息classloader、常量、static静态变量 、JIT    （信息共享）

Java堆区：实例对象(new出来的)     GC   （信息共享）   (OOM)

虚拟机栈vm stack：Java方法在运行的内存模型   (线程私有) (OOM),每一个方法都有一个栈针:存放局部变量,引用类型的地址,操作数栈等等

 

 

 

PC程序计数器：java线程的私有数据，这个数据就是执行下一条指令的地址

  虚拟机的本地方法栈Native method stack:  与JVM的native方法有关 

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

 

 

 

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

 

 

 

a)       CPU缓存的一致性问题：并发处理的不同步

b)       解决方案：

1. 总线加锁（）  降低CPU的吞吐量
2. 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

 

 

 

3)       Java内存模型与硬件内存架构的关系

 

 

 

Java内存模型与硬件内存架构交叉：数据的不一致问题

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

原子性：不可分割的操作,要么同时发生,要么同时不发生  如:x=1

可见性：线程只能操作自己工作空间中的数据

有序性：程序中的顺序不一定就是执行的顺序,可能会发生重排序,如图

      编译期:编译重排序

     指令期:指令重排序

       目的是提高效率

 

 

 

as-if-serial语义

as-if-serial语义的意思是：不管怎么重排序（编译器和处理器为了提高并行度），（单线程）程序的执行结果不会改变。

编译器、runtime和处理器都必须遵守as-if-serial语义。

为了遵守as-if-serial语义，编译器和处理器不会对存在数据依赖关系的操作做重排序，因为这种重排序会改变执行结果。

但是，如果操作之间不存在数据依赖关系，这些操作就可能被编译器和处理器重排序。

happens-before规则

Happens-before原则：

1）程序次序原则:一个线程中的每个操作，happens-before于该线程中任意的后续操作

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,禁止Volatile修饰的变量重排序

4）传递原则：如果A happens-before B，且Bhappens-before C，那么Ahappens-before C。 A---B ---C    A--C

 

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

结论:多个原子性的操作合并到一起,反而没有原子性.如需保证原子性,可用以下方式：

　　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   JUC   Lock的lock

3）JMM与有序性

  Volatile：

  Synchronized：