java内存模型

CPU和缓存一致性

计算机在执行程序的时候，每条指令都在cpu中执行，而执行的时候，需要和计算机物理内存交互，但是随着cpu的迅猛发展，而内存技术没有太大的变化，所以内存中读取和写入数据的速度远远低于cpu的执行速度，所以想到了在cpu和内存中间加入高速缓存

1.单线程（串行）：cpu核心缓存只被一个线程访问

2.单核（单个领导人），多线程（并行）：不同线程在访问相同的物理地址的时候，会映射到相同的缓存位置，即使发生线程切换，缓存不会失效，任何时刻只有一个线程在执行，不会出现缓存访问冲突

3.多核（多个领导人），多线程（并行）：每核至少有一个L1缓存，每个线程访问某个共享内存，多个线程在不同的核心上执行，则每个核心都会在各自cache中保留一份共享内存的缓冲，因此存在缓存不一致的情况

解决缓存不一致

前面说的缓存不一致性问题，处理器优化的指令重排问题是硬件的不断升级导致的。为了解决这个问题，保证并发编程可以满足原子性，有序性，可见性，有一个重要的概念，那就是内存模型。

内存模型定义了共享内存系统中多线程读写内存操作的行为规范

java多线程内存模型

存在理由：屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。

java内存模型是一种符合计算机内存模型规范的模型，为的是保证并发编程可以满足原子性，有序性，可见性

java内存模型规定了所有变量都存储在主存中，每个线程有自己的工作内存，用到的变量是主内存副本拷贝，线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，不能直接写主存，不同线程之间无法直接访问对方工作内存中的变量

jvm内存模型运行数据区

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程序计数器：当前线程所执行字节码的行号指示器，多线程通过轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现，每一个时刻，一个核心（单核，或者多核的其中一个核），只会执行一条线程指令，为了线程切换后能回到正确的执行位置，每个线程需要一个程序计数器
虚拟机栈：用来对我们的操作数进行运算的过程中，临时中转内存的存放区域，每个方法被执行的时候都会在栈中创建一个栈帧内存区域用于存储局部变量，操作数栈，动态链接返回地址等信息，方法的调用到执行完成，对应一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈（比如main方法里面调用了一个compute方法，main方法先在虚拟机栈中创建一个main方法的栈针存储main方法对应的局部变量等信息，之后调用compute方法，继续在虚拟机栈中创建一个compute方法的栈针，等compute执行完成之后，compute方法对应的栈针先出栈，之后main方法结束，main方法对应的栈针再出栈，也就是对应着数据结构中栈的先进后出）
虚拟机栈之栈针：局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口

javap -c Math.class > Math.txt 进行反编译

package com.example.myapplication.test;
  
public class Math {
    public static int initData = 666;
  
    public Math() {
    }
  
    public int compute() {
        int a = 1;
        int b = 2;
        int c = (a + b) * 10;
        return c;
    }
  
    public static void main(String[] args) {
        Math math = new Math();
        math.compute();
        System.out.println("test");
    }
}

Compiled from "Math.java"
public class com.example.myapplication.test.Math {
  public static int initData;
  
  public com.example.myapplication.test.Math();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return
  
  public int compute();
    Code:
       0: iconst_1
       1: istore_1
       2: iconst_2
       3: istore_2
       4: iload_1
       5: iload_2
       6: iadd
       7: bipush        10
       9: imul
      10: istore_3
      11: iload_3
      12: ireturn
  
  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #2                  // class com/example/myapplication/test/Math
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method "<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: invokevirtual #4                  // Method compute:()I
      12: pop
      13: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      16: ldc           #6                  // String test
      18: invokevirtual #7                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      21: return
  
  static {};
    Code:
       0: sipush        666
       3: putstatic     #8                  // Field initData:I
       6: return
}

根据jvm指令码解析

iconst_1 将int类型常量1压入栈：暂时把1放到操作数栈中。
istore_1 将int类型值存入局部变量1：在局部变量表中给a分配一块内存区域，同时把1这个值也放从操作数栈中拿出来，放到局部变量a的内存区域，完成赋值（此时操作数栈中已经没有1了）。
4: iload_1：
其中的4代表的是程序计数器的值，告诉线程正在执行哪行代码了，这个值由字节码执行引擎进行修改，每执行一行代码，程序计数器的值都会变动；
iload_1 从局部变量1中装载int类型值，把局部变量a对应的值1，装载到操作数栈中。
iadd：执行int类型的加法，从操作数栈中依次弹出需要执行的两个元素，执行a+b也就是1+2，把结果3重新压入到操作数栈中
bipush 10： 将一个8位带符号整数压入栈，把10压到操作数栈中
immul：执行乘法操作，从操作数栈中依次弹出需要执行的两个元素，执行3*10，把结果30重新压入到操作数栈中
istore_3 ：将int类型值存入局部变量3，就是c，在局部变量表给c分配区域，同时把30这个值从操作数栈中出栈，放到局部变量c的区域，完成赋值

方法出口：存的就是一个行号指针，需要知道执行完compute方法之后，回到main方法之后在哪行继续执行

动态链接：对象在new的时候会再对象头中存储这个对象对应的类元指针，执行compute方法（符号引用）的时候，会找到这个方法在方法区类元信息中的地址（直接引用），这个地址就会存在动态链接中

方法区（元空间）：常量，静态变量，类元信息（类有什么方法，变量，这些东西就叫这个类的类元信息）。就是类装载子系统把字节码文件Math.class加载到方法区，字节码执行引擎执行类的指令码
本地方法栈：本地方法中也有一些局部变量的存储需要用到内存空间

模块关系

堆指向方法区：对象的头指针中存储这个对象的类元信息
方法区指向堆：Math类中有一个 public static User user=new User（），user是静态变量在方法区，但是他new出来的对象在堆里面（静态变量对应的值是一个对象类型的话就会这样）