Java内存模型，内存区域，JVM，JMM你都知道是什么吗？

在介绍Java内存模型的时候，我们得先把几个概念讲一讲，都是基础概念。

1 线程与进程

基本概念

程序：为了完成某一件任务而完成的代码序列（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）

2什么是JVM

Java程序的跨平台特性主要是指字节码文件可以在任何具有Java虚拟机的计算机或者电子设备上运行，Java虚拟机中的Java解释器负责将字节码文件解释成为特定的机器码进行运行。因此在运行时，Java源程序需要通过编译器编译成为.class文件。

众所周知java.exe是java class文件的执行程序，但实际上java.exe程序只是一个执行的外壳，它会装载jvm.dll（windows下，下皆以windows平台为例，linux下和solaris下其实类似，为：libjvm.so），这个动态连接库才是java虚拟机的实际操作处理所在。

3 JVM与线程

一个运行时的Java虚拟机实例的天职是：负责运行一个java程序。当启动一个Java程序时（main方法），一个虚拟机实例也就诞生了。当该程序关闭退出，这个虚拟机实例也就随之消亡。如果同一台计算机上同时运行三个Java程序，将得到三个Java虚拟机实例。每个Java程序都运行于它自己的Java虚拟机实例中。

3 JVM内存区域

这就是我们经常看到的那种图，这些概念并不是虚构的，而是内存中真实存在的，当然名字是取的。

• 方法区：类信息（Class），static类型的变量（信息共享）

• Java 堆区：大量的实例对象 GC，（信息共享，OOM大多发生在这）

• VM stack（虚拟机栈）： Java方法在运行时的内存模型 （不能实现数据共享，OOM）

• PC 程序技术器：Java线程的私有数据，这个数据就是执行下一个指令的地址

• native method stack（本地方法栈）：存放一些本地方法

4 JMM内存模型

Java Memory Model Java内存模型，这个是虚构的概念，是一种规范，我们的Java内存区域就是按照这个规范来分布的。

主内存：存放一些共享的信息

工作内存：每当一个线程创建的时候，内存申请一片工作内存，存放一些私有的信息(基本数据类型直接存放在工作空间中，引用数据类型则存放在主内存中，引用数据地址则存放在工作内存中)

工作方式：

• 线程可以直接修改私有数据，直接在对应的工作内存进行修改
• 如果线程想要修改共享数据，把数据复制到我们的工作内存中，然后再进行修改，修改完成后，我们在刷新到我们主内存。

JVM内存模型和JVM内存区域的关系

• JVM内存模型是抽象的，是个规范，并不存在。

• JVM内存区域的划分就是按照JVM内存模型进行划分的，是真实存在的。

5 硬件关系图

这是我们的CPU与内存的关系，我们知道：

• CPU容量小，读写速度快。内存容量大，读写速度慢。
• 我们的内存要处理的数据先放进缓存中。
• 缓存中的数据并不能直接被CPU处理。需要被放置到CPU的寄存器中，等到CPU执行完当前任务再去处理寄存器中的数据。

硬件架构

由于有多个处理器，难免会遇到并发问题。

CPU缓冲的一致性问题：并发处理的过程中出现不同步的问题，比如脏读。

解决方案：

• 通过总线加锁 降低了CPU的吞吐量
• 缓存添加一致性协议（MESI协议）
  • 当CPU在 CACHE 中操作数据时，如果该数据是共享数据，数据在 CACHE 读到寄存器中，进行修改，并更新内存数据
  • CACHE LINE 置无效，其他CPU就从内存中读数据

Java线程与硬件处理器

我们无论是Java语言还是其他语言，我们所看到的Thread只是一个类，真正要被创建成一个CPU能直接操作的线程，还需要进一步转化。

Java内存模型与硬件内存架构的关系

JMM都是存在内存中的，实际上是右侧图中的内存中，实际上可以理解右侧内存图中的内存是硬件内存条。

但是我们要读取的数据可能就在内存中也可能在缓存,寄存器中，要区分两者的关系。

​ 交叉问题

如图，紫色为CPU，假设这个CPU是三核的，绿色为寄存器，假设每个CPU三个寄存器，蓝色为内存。

我们的数据可能在CPU中处理，也可能在内存中，也可能在寄存器里，也可能在告诉缓存里，虽然我们的硬件之间遵循了缓存添加一致性协议（MESI协议），但是我们拿数据的时候还是会出现问题，这就是交叉问题。

那么Java是如何解决这些并发问题的？

解决方法和解决CPU问题一致，加锁（synchronized），一致性协议（volatile），关于这两个关键字的底层原理，我会连同这篇文章做个专题。

总结

讲了一些基础的东西，但是又好像什么都没讲明白。没关系，这篇的内容都当了解，作为我们学习JVM的开胃菜，JVM是面试的究极加分项，如果你对虚拟机的实现原理有深入研究，比你写几个破项目实在多了！