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标题: 【广州校区】+【原创】+java虚拟机内存模型浅析 [打印本页]

作者: wujianhui 时间: 2019-8-5 17:25
标题: 【广州校区】+【原创】+java虚拟机内存模型浅析
首先要了解一个概念，什么是java内存模型，即Java Memory Model，简称 JMM ，它是一种抽象的概念，或者是一种协议，用来解决在并发编程过程中内存访问的问题，同时又可以兼容不同的硬件和操作系统。实际上，java内存模型可以看做Java虚拟机的规范，用来屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让Java程序在各个平台下都能达到一致的并发效果。一、java内存模型概述
在讲到java内存模型时，先来看一张图：

   内存是非常重要的系统资源，是硬盘和CPU的中间仓库及桥梁，承载着操作系统和应用程序的实时运行。JVM内存布局规定了Java在运行过程中内存申请、分配、管理的策略，保证了JVM的高效稳定运行不同的JVM对于内存的划分方式和管理机制存在着部分差异。

      上图是JDK1.8之前，java内存模型图。整个JVM运行时数据区分为堆、虚拟机栈、本地方法栈、方法区、程序计数器。接下来分析一下内存模型中各个组件的作用：
1.堆
   Java堆区是JVM内存中最胖的一块区域，因为这里存储的都是对象的实例和数组对象。这块区域是线程共享的，在JVM启动时就会创建。有时候
2.虚拟机栈
      虚拟机栈是线程私有的栈，随着线程的创建而创建，内部由一个个“栈帧”组成，“栈帧”存储的是局部变量，方法出口等信息，而每一个栈帧对应一次方法调用。虚拟机栈的调用是有一个限度的，当调用深度大于JVM锁允许的范围，就会出现栈溢出的错误。
3.本地方法栈
   也是线程私有的，本地方法栈主要是负责JVM用到的本地方法，所以这个部分是不需要我们去关心。
4.程序计数器
   也可以叫PC寄存器，JVM支持多个线程同时运行，每个线程都有自己的程序计数器。对于java普通方法（即没用native关键字修饰的方法），存储的是执行过程中当前指令的地址，而对于native方法，这里是空的（undefined），为啥呢？因为调用本地方法的时候可能已经超出了JVM虚拟机的内存地址了。同时，程序计数器是JVM中唯一不会报内存溢出（OutOfMemoryError）的区域。
5.方法区
      方法区是一个比较重要的区域，java虚拟机规范中把方法区描述为堆的一个逻辑部分。主要存储的是静态变量，常量（包括运行时常量），类的加载信息和java编译后的代码。这部分空间不需要连续，可以选择固定大小和可扩展，通常在这部分是没有GC的，因为GC回收的都是些静态变量，常量和类的加载信息，这些对象回收效果通常不尽人意，因此可以选择不实现垃圾回收。这块区域也称为持久代，当这块内存不足时，也会报OutOfMemoryError异常。
二、JDk1.8之后内存模型的变化
   在JDK1.8之后，java内存模型出现了一个变化，如下图：

   在JDK1.8之前内存模型存在永久代（PermGen），所谓永久代，是方法区的一种实现，并且只有HotSpot才有“PermGen space”，而对于其他类型的虚拟机并没有“PermGen space”。在JDK1.8中，HotSpot已经没有“PermGen space”这个区间了，取而代之是Metaspace（元空间）。
   元空间，存储的类信息、编译后的代码数据等已经移动到了MetaSpace（元空间）中，元空间并没有处于堆内存上，而是直接占用的本地内存（NativeMemory）。元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。
      当然我们也可以通过配置来指定元空间的大小，如下：

-XX:MetaspaceSize，初始空间大小，达到该值就会触发垃圾收集进行类型卸载，同时GC会对该值进行调整：如果释放了大量的空间，就适当降低该值；如果释放了很少的空间，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提高该值
- XX:MaxMetaspaceSize，最大空间，默认是没有限制的
-XX:MinMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最小的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为分配空间所导致的垃圾收集
-XX:MaxMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最大的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为释放空间所导致的垃圾收集

三、内存模型的目标
通过前面的部分，我们知道内存模型其实是一种规则，它的目的是定义程序中各个变量的访问规则，即在虚拟机中将变量存储到内存和从内存中取出这样的底层细节。这些变量包括实例字段、静态字段和构成数组对象的元素，但是不包括局部变量和方法参数，因为这些是线程私有的，不会被共享，所以不存在竞争问题。
四、主内存与工作内存
如下图，所有的变量都存储在主内存，每条线程还有自己的工作内存，保存了被该线程使用到的变量的主内存副本拷贝。线程对变量的所有操作（读取、赋值）都必须在工作内存中进行，不能直接读写主内存的变量。不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存的变量，线程间变量值的传递需要通过主内存。

那么，内存与内存之间是怎么操作呢？
五、内存之间的交互操作
一个变量如何从主内存拷贝到工作内存、如何从工作内存同步回主内存，Java内存模型定义了8种操作：
1）lock，作用于主内存变量，把一个变量标记为线程独占。
2）unlock，与lock正相反。
3）read，作用于主内存变量，它把一个变量从主内存传输到工作内存中。
4）load，作用于工作内存变量，把从read里面获取的变量放入工作内存的变量副本中。
5）use，作用于工作内存变量，把变量的值传递给执行引擎。
6）assign，作用于工作内存变量，把执行引擎的值复制给工作内存变量。同use相反
7）store，作用于工作内存变量，把工作内存变量传输到主内存中。
8）write，作用于主内存变量，把store获取的值，写入到住内存中的变量。
read & load， store & write成对出现。
还有其他一些规则，目的就是保证内存变量的操作合理，有序。

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