JVM内存模型

JVM（Java Virtual Machine）内存模型是 Java 程序在运行时，JVM 为其分配的内存结构，它定义了 Java 程序如何在内存中存储数据和如何进行线程之间的通信。JVM 内存模型是为了支持高效的多线程执行和垃圾回收机制。

一、JVM 内存模型的组成部分：

JVM 内存模型可以分为以下几个主要部分：

1.方法区（Method Area）：

作用：用于存储类信息、常量、静态变量和即时编译器（JIT）编译后的代码等数据。可以认为是JVM内存的一部分，是所有线程共享的区域。
GC：方法区的回收机制也称为"永久代（Permanent Generation）"，但在 JDK 8 后，它被移除，改为使用元空间（Metaspace）。元空间存储类的元数据，不再占用堆内存。

2.堆（Heap）：

作用：存储 Java 中所有的对象实例和数组，是 Java 内存中最大的一部分，所有线程共享。堆内存是垃圾回收器（GC）的主要工作区域。
GC：Java的垃圾回收器负责清理堆中的无用对象，从而避免内存泄漏和减少内存占用。

3.栈（Stack）：

作用：每个线程都有一个独立的栈。栈内存存储方法的局部变量、操作数栈、部分方法的返回地址等信息。每次调用方法时，会创建一个栈帧（stack frame），方法执行结束后，该栈帧会被销毁。
局部变量：栈上存储的是方法中的局部变量、对象引用（并不是对象本身）等数据。栈中的内存是线程私有的，不会被其他线程共享。

4.程序计数器（PC寄存器）：

作用：程序计数器记录的是线程当前执行的字节码指令的地址。每个线程都有一个独立的程序计数器，线程切换时不会丢失执行的上下文信息。
特殊性：对于本地方法（Native Method），程序计数器的内容会为空，因为它不执行字节码指令。

5.本地方法栈（Native Method Stack）：

作用：本地方法栈与栈类似，但它是用于支持本地方法（native methods）的执行。它存储的是调用本地方法（如通过 JNI 调用的 C 代码）的相关信息。
区别：与 Java 栈相比，本地方法栈是用于管理本地代码的执行，不处理 Java 字节码。

二、JVM 内存的分配：

1.线程共享与线程私有：

堆和方法区是所有线程共享的内存区域。
每个线程有自己的栈、程序计数器和本地方法栈。

2.内存分配与回收：

在堆中，内存分配通常是由垃圾回收器管理的。随着对象的创建和销毁，垃圾回收器会自动回收不再被引用的对象。
栈的内存分配和销毁由方法调用和返回控制。每当方法调用时，栈就会分配一个新的栈帧；方法执行完毕后，该栈帧会被销毁。

三、JVM 内存模型的关键特性：

内存模型的并发性：Java 内存模型（JMM）保证了多线程下对共享变量的访问是可见的。JVM 内存模型规定了线程如何通过主内存和工作内存（缓存）共享数据。
内存屏障和同步：JVM 内存模型定义了"happens-before"规则，确保了多个线程访问共享变量时的有序性，避免了并发中的内存可见性问题。

四、垃圾回收与内存管理：

JVM 的垃圾回收机制负责自动回收不再使用的对象，常见的垃圾回收算法包括：

标记-清除算法：标记所有要回收的对象，然后清除它们。
复制算法：将对象分配到不同的区域，然后清理整个区域。
分代收集：根据对象存活的时间将堆分为多个区域，分别采用不同的回收策略。

五、内存区域图示：

java 复制代码

+----------------------------+
|        程序计数器（PC）       |
+----------------------------+
|       本地方法栈（Native）    |
+----------------------------+
|         栈（Stack）          | <--- 每个线程
+----------------------------+
|          堆（Heap）          | <--- 所有线程共享
+----------------------------+
|      方法区（Method Area）   |
+----------------------------+

六、JVM内存模型通俗易懂的例子：

JVM内存模型的工作方式可以类比为一个厨房或公司的工作环境。我们将JVM的不同内存区域比作不同的区域，每个区域有不同的功能和作用。

1. 方法区（Method Area）

类比：厨房的储藏室
- 方法区用于存放所有类的信息，包括类的结构、常量池、静态变量等。
- 这里相当于厨房的储藏室，存放的是所有菜谱（类定义）和厨房用具（静态变量、常量）。

2. 堆（Heap）

类比：厨房的锅和食材
- 堆是存放所有对象的地方，所有的Java对象都存放在堆上。
- 类似厨房中的锅和食材，员工（线程）在这里工作并储存自己的食材（对象）。堆是所有线程共享的资源。

3. 栈（Stack）

类比：每个员工的工作台
- 每个线程有自己的栈，栈用于存储方法调用的栈帧（局部变量、方法参数等）。
- 就像每个员工有自己的工作台，每个人独立地完成自己的任务，不互相干扰。

4. 程序计数器（Program Counter，PC）

类比：员工的任务进度表
- 程序计数器记录当前线程执行的指令位置（即下一个执行的指令）。
- 就像每个员工都有自己的任务进度表，记录他们当前在做什么。

5. 本地方法栈（Native Method Stack）

类比：员工在外部执行特殊任务时使用的工具
- 本地方法栈用于执行本地方法（通常是用C/C++编写的代码）。
- 类似于员工在外部做任务时需要的特殊工具或设备。

6、内存区域协作

多线程共享资源：方法区和堆是所有线程共享的，就像厨房中的食材和工具，多个员工（线程）可以同时使用。
每个线程独立工作：每个线程都有自己的栈和程序计数器，就像每个员工有自己的工作台和任务进度表，互不干扰。

7、垃圾回收（GC）

类比：清理厨房的无用物品
- 当堆中的对象不再被引用时，JVM会回收这些对象，就像厨房清理掉不再使用的食材或工具。
- 这个过程称为垃圾回收（GC），目的是释放内存空间，让其可以被其他对象使用。

8、小结

JVM内存模型就像一个组织良好的厨房或公司，每个员工（线程）有自己的工作空间（栈和程序计数器），但他们共享一些资源（方法区和堆）。垃圾回收机制确保了不再使用的对象能够被清理，保持内存的高效利用。

七、JVM调优：

八、总结：

总结来说，JVM 内存模型通过合理的内存分配和回收机制，为 Java 程序提供高效的运行环境，并确保多线程并发执行时的内存一致性。