java内存模型与volatile关键字
java内存模型
主存与工作内存
java内存模型将内存分为两部分：主存和工作内存。前者是所有线程共享的，而后者是每个线程独有的。
内存模型
内存模型包括方法区和堆
方法区
方法区用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据
java堆
java堆的唯一目的即是存储java对象
根据对象的大小、存活时间可以利用分代技术划分为新生代和老年代（利于利用分代技术的垃圾回收器进行内存回收）。在垃圾回收机制中，新生代回收的频率更高，而老年代因为其本身特性（每次回收并不会回收太多东西，但是会消耗大量计算机资源，显得性价比不高）回收频率比新生代低很多。
新生代
新生代中有三个内存区域：
- eden伊甸园
- to_survivor
- from_survivor
其中Eden用于新的小对象的生成。而后两者则是为了标记-复制技术而才用的大小相同的内存区域。
标记-复制技术简单说明
当进行内存清理时，对eden和from_survivor中的对象进行可达性分析，如果是可达的则可以存活，于是将他们复制到to_survivor中，然后清空from_survivor和eden中的所有对象。如果to_survivor中的空间不足以存放，则会使用“老年担保”，将多余的对象移到老年代进行存储。
eden和survivor的大小比约为4:1。这样的大小分配是由实践数据计算得来的。
老年代
老年代中存储大对象以及在多次垃圾清理中存活下来的对象。
老化
当一个对象存活了多次垃圾回收，我们会将它移入老年代
其背后原理是，如果一个对象在多次垃圾回收后仍然存活，我们可以用以往数据预测未来，认为他在未来的垃圾回收中被回收的概率也不高，因此没有必要将它存放在新生代中占用资源。
新生代和老年代的划分并不是一定的，只有在利用分代技术的垃圾回收器中才有意义。对于一些不分代（比如使用region的ZGC）而言是没有这样的划分的
工作内存时每个线程所私有的内存空间，包括程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈
程序计数器
可以认为是PC寄存器在软件中的实现，用于记录当前线程所执行的字节码的行号
如果当前执行的是Native方法，则这个计数器的值应该为0
虚拟机栈
每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
当一个方法确定下来后，其所需要的内存大小（即栈帧大小）是可以确定的
还没学完，挖个坑
局部变量表
这里存放了编译器可知的基本数据类型和对象引用（指向堆中对象的指针或者指向对象句柄的指针）和returnAddress，这些数据在表中以局部变量槽（slot）来表示
如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展，当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常
本地方法栈
和虚拟机栈相似，但是是执行本地方法时使用
主存和工作内存
本小节摘抄自《深入理解jvm》
Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存（Main Memory）中（此处的主内存与介绍物理硬件时提到的主内存名字一样
，两者也可以类比，但物理上它仅是虚拟机内存的一部分）。每条线程
还有自己的工作内存（Working Memory，可与前面讲的处理器高速缓存类比），线程的工作内存中保
存了被该线程使用的变量的主内存副本，线程对变量的所有操作（读取、赋值等）都必须在工作内
存中进行，而不能直接读写主内存中的数据。不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变
量，线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成
这里所讲的主内存、工作内存与堆、栈、方法区等并不是同一
个层次的对内存的划分，这两者基本上是没有任何关系的。如果两者一定要勉强对应起来，那么从变
量、主内存、工作内存的定义来看，主内存主要对应于Java堆中的对象实例数据部分，而工作内存
则对应于虚拟机栈中的部分区域。从更基础的层次上说，主内存直接对应于物理硬件的内存，而为了
获取更好的运行速度，虚拟机（或者是硬件、操作系统本身的优化措施）可能会让工作内存优先存储
于寄存器和高速缓存中，因为程序运行时主要访问的是工作内存。
并发控制问题
当内存对主存中的数据进行操作时，并不能直接对主存进行操作，而是先将数据拷贝到工作内存中，在工作内存中操作后再将数据写回主存。因此在这里就出现了并发的控制问题。
并发编程中的三个概念
原子性
多个操作要么全部执行要么全不执行
使用synchnized和lock进行实现
可见性
当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程可以马上看见这个修改的值
使用volatile关键字
happens-before概念
这8条原则摘自《深入理解Java虚拟机》。
- 程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
- 锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作
- volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
- 传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C
- 线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作
- 线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
- 线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
- 对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始
这八条原则可以保证数据的可见性
有序性
程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行
有点类似数据库事务调度的可串行化概念！
volatile关键字
基本说明
volatile关键字强制将修改的值从工作内存写回主存。当变量的值发生了修改后， 操作系统使所有对该变量的缓存都无效，读取该值都不能从工作内存中直接使用，而是要从内存中进行读取。
volatile关键字可以实现以下功能：
- 保证可见性
- 禁止进行指令重排序
但不能保证原子性
具体实现原理
下面这段话摘自《深入理解Java虚拟机》：
“观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令”
lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏），内存屏障会提供3个功能：
- 它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面；即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成；
- 它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存；
- 如果是写操作，它会导致其他CPU中对应的缓存行无效
举例
双锁检测（DCL）的单例模式
public class Singleton {
private static volatile Singleton3 instance;
private Singleton3() {}
public static Singleton3 getInstance() {
//首先判断是否为空
if(instance==null) {
//可能多个线程同时进入到这一步进行阻塞等待
synchronized(Singleton3.class) {
//第一个线程拿到锁，判断不为空进入下一步
if(instance==null) {
/**
* 由于编译器的优化、JVM的优化、操作系统处理器的优化，可能会导致指令重排（happen-before规则下的指令重排，执行结果不变，指令顺序优化排列）
* new Singleton()这条语句大致会有这三个步骤：
* 1.在堆中开辟对象所需空间，分配内存地址
* 2.根据类加载的初始化顺序进行初始化
* 3.将内存地址返回给栈中的引用变量
*
* 但是由于指令重排的出现，这三条指令执行顺序会被打乱，可能导致3的顺序和2调换
* 👇
*/
instance = new Singleton3();
}
}
}
return instance;
}
}
因此我们需要添加volatile关键字来禁止指令的重排以确保代码正确性
浙公网安备 33010602011771号