【JVM】JMM（一）：与硬件架构关系？与JVM关系？

逃离我推掉我的手 2022-12-18 04:55 114阅读 0赞

> JMM 系列：
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>  *  [【JVM】JMM（一）：与硬件架构关系？与JVM关系？][JVM_JMM_JVM]
>  *  [【JVM】JMM（二）：JMM 的必要性？][JVM_JMM_JMM]
>  *  [【JVM】JMM（三）：JMM 如何保证并发时的一致性问题？][JVM_JMM_JMM 1]

本文的目的，搞懂三个问题：

1.  JMM 是什么？
2.  JMM和硬件的关系？
3.  JVM内存区域和JMM的关系？

我们首先来看一下 JMM 到底是什么？

### 1.JMM 是什么 ###

Java内存模型(Java Memory Model简称JMM)是一种抽象的概念，并不真实存在，它描述的是一组规则或**规范**，通过这组规范定义了程序中各个变量（包括实例字段，静态字段和构 成数组对象的元素）的访问方式。

简单来说，JVM 运行程序的实体是线程，而每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存(有些地方称为栈空间)，用于存储线程私有的数据。而Java内存模型中规定所有变量都存储在主内存，主内存是共享内存区域，所有线程都可以访问，但线程对变量的操作(读取赋值等)必须在工作内存中进行。

首先要将变量从主内存拷贝的自己的工作内存空间，然后对变量进行操作，操作完成后再将变量写回主内存，不能直接操作主内存中的变量，工作内存中存储着主内存中的变量副本拷贝，前面说过，工作内存是每个线程的私有数据区域，因此不同的线程间无法访问对方的工作内存，线程间的通信(传值)必须通过主内存来完成。

### 2.JMM 与 硬件架构 ###

假如是要设计Java虚拟机，那么最先要分析的一定是计算机硬件情况。

由于CPU速度快，所以在内存之前会有一个CPU缓存（一般分为L1,L2,L3）

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

JMM只是一个模型，并不实际存在，可以看做是对**硬件架构的抽象**：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

*  主内存：共享的信息
 *  工作空间：私有信息，存放的数据分为两类
    
     *  基本数据类型：直接分配内存到工作内存
     *  引用类型：引用的地址存放在工作内存，引用的对象放在堆中
 *  工作方式：
    
     *  线程修改私有数据：直接在工作空间修改
     *  线程修改共享数据：把数据复制到工作空间中，在工作空间中修改，修改完成以后刷新内存中的数据

这里注意一个问题，因为存在多级缓存，所以会存在内存与CPU缓存一致性的问题：  
![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2][]

*  解决方案一：总线加锁（BUS），但是会降低CPU吞吐量
 *  解决方案二：MESI 协议。比如，当CPU在CACHE中操作数据时，如果该数据是共享变量，数据在CACHE读到寄存器中，进行新修改，并更新内存数据，CACHE LINE置为无效，其他的CPU在内存中读取数据。

那硬件架构都有 MESI 协议什么的保证数据一致，JMM如何保证呢？请看下一篇文章JMM的必要性…

### 3.JMM 与 JVM 关系 ###

JMM 只是一个抽象模型（规则），而 JVM 是一个具体的实现，跟硬件架构一样。

> PS：可以理解成JMM是MVC，JVM是SSM

*  内存 => JVM 堆内存 + 方法区（运行时数据区的线程共享部分）
 *  工作空间 => 程序计数器 + Java 栈 + 本地方法栈（运行时数据区的线程私有部分）
 *  线程 => 执行引擎（相当于 CPU）

> PS：类加载器可以理解成 I/0 子系统（输入）

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]

1）图中对应关系：

*  JMM：粉框内部对应JMM的三部分
 *  JVM：类加载器 + 运行时数据区 + 执行引擎

2）需要注意的几点：

*  方法区
    
     *  每个类私有：class 文件信息和运行时常量池
     *  所有类共享：字符串常量池
 *  执行引擎：可以理解成CPU
    
     *  JIT（编译执行）+ 解释执行 => 对应平台的机器码
     *  1比1线程模型，一个线程对应一个OS线程
     *  由于映射到本地线程，所以java创建的线程受CPU调度，即抢占式基于优先级队列的调度策略
     *  线程有两个态：用户态（低权限，只能控制自己），内核态（高权限，如线程创建，阻塞）
 *  Class：Klass的基本镜像，将类加载进来时创建
    
     *  Class对象是方法区Klass对外的窗口，反射机制获取类信息就是通过Class对象完成
     *  static 类变量在Class中
     *  双向：Klass对象与Class对象都相互持有各自的引用

3）创建对象的流程（5步）

1.  检验是否存在该对象的 Class 对象，若不存在则通过类加载器将相应 class 文件加载进来，在方法区生成Klass对象
2.  在 JVM 的类解析阶段，将 class 常量池里的符号引用转为直接引用（内存地址）。（即动态常量池是静态常量池加载到内存后的版本）
3.  在 JVM 的初始化阶段，在堆上生成 Class 类实例，作为 Java 层获取 Klass 的途径（主要用于反射）
4.  创建 Java 对象，即在 JVM 中创建 instanceOopDesc 实例
    
    > DCL单例问题：1. 创建对象 2. 进行初始化 3. 分配内存并放入（栈空间，线程本地堆内存，堆内存）
5.  返回 Object 的指针 OOP 到栈空间对应线程

4）访问一个对象的流程（3步）

1.  获取程序计数器中的指令，执行一条+1
2.  线程根据引用获取到对象
3.  通过对象头的Klass Pointer指针获取到成员变量等信息
    
    > 注：还有一种句柄式，即线程直接持有KlassPointer

5）什么时候发生并发：

*  同时操作同一对象的同一成员变量数据
 *  一般情况是运行的同一方法时

[JVM_JMM_JVM]: https://yzhyaa.blog.csdn.net/article/details/109275346
[JVM_JMM_JMM]: https://yzhyaa.blog.csdn.net/article/details/115680103
[JVM_JMM_JMM 1]: https://yzhyaa.blog.csdn.net/article/details/115680332
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