【面试题集】JAVA内存模型详解

在网上搜索JAVA内存模型。会发现网上全是将java的并发内存模型。本篇不承诺是原创，我是大自然的搜集工。

实际上，Java中应为不同的目的可以将java划分为两种内存模型：gc内存模型。并发内存模型。

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gc内存模型

java在执行java程序的过程中会把它管理的内存划分若干个不同功能的数据管理区域，如图所示：

在这里插入图片描述

1. 程序计数器：是一个数据结构，用于保存当前正常执行的程序的内存地址。Java虚拟机的多线程就是通过线程轮流切换并分配处理器时间来实现的，为了线程切换后能恢复到正确的位置，每条线程都需要一个独立的程序计数器，互不影响，该区域为“线程私有”。
2. Java虚拟机栈：线程私有的，与线程生命周期相同，用于存储局部变量表，操作栈，方法返回值。局部变量表放着基本数据类型，还有对象的引用。
3. 本地方法栈：跟虚拟机栈很像，不过它是为虚拟机使用到的Native方法服务。
4. Java堆：所有线程共享的一块内存区域，对象实例几乎都在这分配内存。
5. 方法区：各个线程共享的区域，储存虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，编译后的代码。
6. 运行时常量池：代表运行时每个class文件中的常量表。包括几种常量：编译时的数字常量、方法或者域的引用。

几乎所有的对象/数组的内存空间都在堆上(有少部分在栈上)。在gc管理中，将虚拟机堆分为永久代、老年代、新生代。通过名字我们可以知道一个对象新建一般在新生代。经过几轮的gc。还存活的对象会被移到老年代。永久代用来保存类信息、代码段等几乎不会变的数据。堆中的所有数据是线程共享的。

• 新生代：应为gc具体实现的优化的原因。hotspot又将新生代划分为一个eden区和两个survivor区。每一次新生代gc时候。只用到一个eden区，一个survivor区。新生代一般的gc策略为mark-copy。
• 老年代：当新生代中的对象经过若干轮gc后还存活/或survisor在gc内存不够的时候。会把当前对象移动到老年代。老年代一般gc策略为mark-compact。
• 永久代：永久代一般可以不参与gc。应为其中保存的是一些代码/常量数据/类信息。JDK 1.8 中已经不存在永久代。

并发内存模型

Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中，每条线程还有自己的工作内存，线程的工作内存中保存了该线程中是用到的变量的主内存副本拷贝，线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存。不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量的传递均需要自己的工作内存和主存之间进行数据同步进行。

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java虚拟机中主内存和工作内存交互，就是一个变量如何从主内存传输到工作内存中，如何把修改后的变量从工作内存同步回主内存:

• lock(锁定)：作用于主内存，它把一个变量标记为一条线程独占状态；
• unlock(解锁)：作用于主内存，它将一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才能够被其他线程锁定；
• read(读取)：作用于主内存，它把变量值从主内存传送到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用；
• load(载入)：作用于工作内存，它把read操作的值放入工作内存中的变量副本中；
• use(使用)：作用于工作内存，它把工作内存中的值传递给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用这个变量的指令时候，将会执行这个动作；
• assign(赋值)：作用于工作内存，它把从执行引擎获取的值赋值给工作内存中的变量，每当虚拟机遇到一个给变量赋值的指令时候，执行该操作；
• store(存储)：作用于工作内存，它把工作内存中的一个变量传送给主内存中，以备随后的write操作使用；
• write(写入)：作用于主内存，它把store传送值放到主内存中的变量中。

Java内存模型还规定了执行上述8种基本操作时必须满足如下规则:

• 不允许read和load、store和write操作之一单独出现，以上两个操作必须按顺序执行，但没有保证必须连续执行，也就是说，read与load之间、store与write之间是可插入其他指令的。
• 不允许一个线程丢弃它的最近的assign操作，即变量在工作内存中改变了之后必须把该变化同步回主内存。
• 不允许一个线程无原因地（没有发生过任何assign操作）把数据从线程的工作内存同步回主内存中。
• 一个新的变量只能从主内存中“诞生”，不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化（load或assign）的变量，换句话说就是对一个变量实施use和store操作之前，必须先执行过了assign和load操作。
• 一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其执行lock操作，但lock操作可以被同一个条线程重复执行多次，多次执行lock后，只有执行相同次数的unlock操作，变量才会被解锁。
• 如果对一个变量执行lock操作，将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，需要重新执行load或assign操作初始化变量的值。
• 如果一个变量实现没有被lock操作锁定，则不允许对它执行unlock操作，也不允许去unlock一个被其他线程锁定的变量。
• 对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回主内存（执行store和write操作）。

面试中一般会问gc内存模型，而并发内存模型太高端了，与我们jvm调优无关。

JVM调优需要了解gc的内存模型，能够看的懂jstack等堆栈分析工具的分析结果。并针对性设置java允许参数。