Java内存模型

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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))
JVM

3、JVM内存区域

JVM内存区域

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。
JVM内存区域

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:

  • 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

3、Java内存模型与硬件内存架构的关系


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 )


文章作者: 张文军
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