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java开发面试之:Java内存模型知识大全

  • 时间:2017-08-28 16:59
  • 发布:大连java培训
  • 来源:笔试题

一个优秀Java程序员,必须了解Java内存模型有一些应用程序对性能要求较高,例如嵌入式系统、实时系统等,只有全面提升内存的管理效率,才能提高整个应用程序的性能。本文大连java培训小编就为大家介绍java开发面试之:Java内存模型知识大全

按照官方的说法:Java 虚拟机具有一个堆,堆是运行时数据区域,所有类实例和数组的内存均从此处分配。

JVM主要管理两种类型内存:堆和非堆,堆内存(Heap Memory)是在 Java 虚拟机启动时创建,非堆内存(Non-heap Memory)是在JVM堆之外的内存。

简单来说,堆是Java代码可及的内存,留给开发人员使用的;非堆是JVM留给自己用的,包含方法区、JVM内部处理或优化所需的内存(如 JIT Compiler,Just-in-time Compiler,即时编译后的代码缓存)、每个类结构(如运行时常数池、字段和方法数据)以及方法和构造方法的代码。

Java内存模型的主要目标:定义程序中各个变量的访问规则,即在虚拟机中将变量存储到内存和从内存中取出变量这样的底层细节。注意,此处的变量与Java编程语言中所说的变量有所区别,它包括实例字段、静态字段和构成数组对象的元素,但不包括局部变量与方法参数,因为后者是线程私有的,不会被共享,自然就不会存在竞争问题。

为了获取较好的执行效能,Java内存模型并没有限制执行引擎使用处理器的特定寄存器或缓存来和主内存进行交互,也没有限制即时编译器进行调整代码执行顺序这类优化操作。

Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中,此处的主内存仅仅是虚拟机内存的一部分,而虚拟机内存也仅仅是计算机物理内存的一部分(为虚拟机进程分配的那一部分)。

每条线程还有自己的工作内存,线程的工作内存中保存了被该线程使用到的变量的主内存副本拷贝。线程对变量的所有操作(读取、赋值),都必须在工作内存中进行,而不能直接读写主内存中的变量。不同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。

Java虚拟机规范中将Java运行时数据分为六种。

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。

内存间的交互操作

关于主内存与工作内存之间具体的交互协议,即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存、如何从工作内存同步回主内存等的细节,Java内存模型定义了8种操作来完成,虚拟机实现时必须保证下面提及的每一种操作都是原子操作。

lock(锁定):作用于主内存的变量,它把一个变量标志为一条线程独占的状态。

unlock(解锁):作用于主内存中的变量,它把一个处于锁定状态的变量释放出来,释放后的变量才可以被其他线程锁定。

read(读取):作用于主内存的变量,它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中,以便随后的load动作使用。

load(载入):作用于工作内存的变量,它把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中。

use(使用):作用于工作内存的变量,它把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎。

assign(赋值):作用于工作内存的变量,它把一个从执行引擎接受到的值赋给工作内存的变量。

store(存储):作用于工作内存的变量,它把工作内存中一个变量的值传送到主内存中,以便随后的write操作使用。

write(写入):作用于主内存中的变量,它把store操作从主内存中得到的变量值放入主内存的变量中。

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