基础 | JVM - [内存模型 & JMM]

JVM 内存模型简介

上面内存组成中，堆和方法区（JDK1.8后称为元空间）为线程共享，其余均为线程独占。
另一说 JVM 内存由7部分组成，这是因为单独计算了 运行时常量池(它是方法区的一部分) 并额外计算了直接内存(但其实它不是JVM内部的一部分)

程序计数器（Program Counter Register）
程序计数器是线程独立的
用于记录当前线程下一条需要被执行的指令

虚拟机栈（Java Stack）
也称java 栈、线程栈，
线程独立，生命周期同线程
包含多个栈帧：方法执行时为其分配的栈空间
默认大小约 1M，与操作系统主机配置有关
用于存储下面几种数据：

• 局部变量表
• 操作数栈
• 动态链接
• 方法出入口

示例代码

public static int a(){
	int a = 1;
	return a;
}

public static void main(){
	System.Out.Println(a());
}
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main 方法调用 a 方法时，是通过动态链接找到的 a 方法
a 方法中对局部变量 a 进行赋值时，会先将 1 压入操作数栈，然后在局部变量表中开辟空间存放变量 a ，再从操作数栈弹栈赋值给变量 a
执行结束后，通过方法出入口记录的地址找到 main 方法调用 a 方法的位置进行返回并是不接下来要执行的程序
本地方法栈（Native Method Stack）
Native 方法使用的内存空间

堆（Heap）
所有线程共享
java中所有对象实例以及数组都存放在堆中
是垃圾收集器主要管理的区域
默认大小约 1/64（初始） 到 1/4（最大） 物理内存
组成

• 新生代
  • 伊甸
  • 幸存区 0（FROM）
  • 幸存区 1 (TO)
• 老年代

方法区
JDK 1.8 以后叫 元空间，1.8 以前叫 永久代。
所有线程共享
用于保存

• 类信息
• 常量
• 静态变量
• 即时编译器编译后的代码缓存

常量、静态变量 的对象 在堆里
从下面案例可以看到静态变量与常量的对象时在堆里的，但其引用应该是在方法区（否则没法解释）

public class MetaspaceBoomDemo {
    static byte[] a = new byte[10 * 1024*1024];//静态变量 10M
   // public static final byte[] a = new byte[10 * 1024*1024];//常量 10M

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(new MetaspaceBoomDemo());
    }
}
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堆 3M ，元空间 30M：-Xms3m -Xmx3m -XX:MetaspaceSize=30m，爆炸了

堆 30M ，元空间 3M：-Xms30m -Xmx30m -XX:MetaspaceSize=3m，没事

JVM 的直接内存

JVM 的直接内存，是 JVM 直接使用的 JVM 之外的内存
默认大小约 1/4（最大） 物理内存（与 JVM 堆一致）
直接内存的作用主要包括

• JDK 8 及之后版本的 Metaspace 是直接保存在直接内存的
  但要注意 JDK 6 及以前的 字符串常量池 是在永久代(JDK 7 及以前的方法区)中的，从 7 开始放到 堆 里面了
• NIO 在使用过程中可以通过 ByteBuffer.allocteDirect(capability) 在直接内存中划分区域使用
  此方式因为避免了在 Java 堆 和 Native 堆 之间来回复制数据，所以相对较快
  但是若不断分配直接内存，JVM 堆内存使用较少，JVM 就不会触发 GC ，当直接内存先分配满还没 GC 时，会出现 OOM:Direct buffer memory

JMM 内存模型

JMM 是 java 内存模型：java Memory Model ≠ JVM 内存模型
JMM 本身是一个抽象概念，并不真实存在
JMM 描述了一组规则规范，通过它定义了程序中各个变量的访问方式
上述变量包括成员变量、静态变量和集合中的元素

JMM 内存模型
示意图

概念
主内存
也可以理解为 共享内存
JMM 将大部分变量都视为存储在 主内存 中，这些变量都可能被多线程同步访问操作

本地内存
也可以理解为 工作内存，对线程而言是私有的
工作内存是相互隔离的，其互相访问需要通过主内存

线程操作共享内存中变量的流程

• 从主内存复制变量进线程的工作内存中
• 操作变量副本
• 操作结果同步回主内存
  • 线程解锁前，必须将共享变量的值刷新会主内存
  • 线程加锁前，必须读取主内存的值到自己的工作内存
  • 加锁和解锁是对于同一把锁

JMM 工作流程

• read
  作用于主内存
  从主内存将值传输到工作内存
• load
  作用于工作内存
  将 read 到的值存入工作内存变量副本中
• use
  作用于工作内存
  将工作内存变量副本的值传递给 CPU
  每次使用到变量都会执行此操作
• assign
  作用于工作内存
  将 CPU 处理后的结果赋值给工作内存变量副本
  每次给变量赋值时，都会执行此操作
• store
  作用于工作内存，将工作内存变量副本的值写回主内存(值传递给主内存)
• write
  作用于主内存，将 store 传输的值写回主内存变量
• lock
  作用于主内存
  为防止线程安全问题，将变量标记为线程独占
  只锁了写变量的过程
• unlock
  作用于主内存
  释放锁定状态的变量