JVM 运行时数据区与JMM 内存模型详解

1. JVM 运行时数据区

JVM运行时数据区可以分为元空间，堆，虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器五大块。

• 元空间（方法区）：存放类模版对象，是线程共享的区域，在磁盘上，一般不会GC
• 堆空间：线程共享的区域，对象创建与GC的主要阵地
• 虚拟机栈：线程私有的，基本组成单位是栈帧，每个栈帧对应一个方法，栈帧组成如下
  • 局部变量表：存放方法变量信息
  • 操作数栈：方法运行的区域
  • 动态链接：指向方法模板对象，与虚方法表一起实现方法重写
  • 返回地址：方法的返回地址
• 本地方法栈：线程私有，本地方法的执行区域
• 程序计数器：线程私有，负责在线程上下文切换的过程中记录线程执行到了哪个位置

2. JMM 内存模型

硬件内存模型

通常情况下，当CPU需要读取主存时，它会将主存的部分读到CPU缓存中或者内部寄存器中，然后在寄存器中执行操作。当CPU需要将结果写回到主存中去时，它会将内部寄存器的值刷新到缓存中，然后在某个时间点将值刷新回主存。

在多处理器系统中，每个处理器都有自己的高速缓存，而它们又共享同一主内存，因此就会存在缓存一致性问题。为了解决一致性的问题，需要各个处理器访问缓存时都遵循一些协议，在读写时要根据协议来进行操作，这类协议有MSI、MESI等。

JMM

JMM内存模型将内容分为了线程私有内存与主内存两部分，其与我们之前提到的硬件内存模型的对应关系如下所示：

私有内存与主内存的交互由如下八种操作控制：

3. 可见行与 volatile 关键字

一言以蔽之，volatile 关键字通过内存屏障的形式来阻止指令重排，以维护变量的有序性与可见行。

一行代码到执行的过程中要经历以下的阶段：

volatile 关键字有如下两个作用：

1. 保证被 volatile 修饰的共享变量对所有线程总是可见的，也就是当一个线程修改了被 volatile 修饰共享变量的值，新值总是可以被其他线程立即得知。
2. 禁止指令重排序优化。

JVM中提供了四类内存屏障指令：

• loadload：两个读取操作之间
• storestore：两个写操作之间
• loadstore：读写操作之间
• storelosd：写读操作之间