JMM和JVM内存区域及硬件内存架构

第一节：java的内存模型，jvm内存区域，硬件的内存架构联系和区别

内容
1.jvm和线程
2.jvm的内存区域及作用
3.JMM(java内存模型)
4.硬件架构和java的内存模型
5.JMM和并发编程的关系

程序：就是一段代码块，去完成某一件任务
进程：就是程序在某些数据上的一次运行
线程：cpu的调度单位，一个进程中可以包含多个线程
一个程序->一个进程->多个线程

问题1：线程是什么时候启动的：
运行期间
问题2：jvm和线程什么关系：
类被调用 jvm系统线程–>调用其他的线程(main)
其实JVM就是一个进程，里面包含多个线程
问题3：jvm是如何启动的：
觉得这篇文章写的挺好的！！！
深入理解JVM（二）——JVM在什么时候启动的

方法区：
方法区是系统分配的一个内存逻辑区域，是JVM在装载类文件时，用于存储类型信息的(类的描述信息)。

方法区存放的信息包括：

类的基本信息：

1.每个类的全限定名

2.每个类的直接超类的全限定名(可约束类型转换)

3.该类是类还是接口

4.该类型的访问修饰符

5.直接超接口的全限定名的有序列表

已装载类的详细信息

1.      运行时常量池：在方法区中，每个类型都对应一个常量池，存放该类型所用到的所有常量，常量池中存储了诸如文字字符串、final变量值、类名和方法名常量。

2.      字段信息：字段信息存放类中声明的每一个字段的信息，包括字段的名、类型、修饰符。

3.      方法信息：类中声明的每一个方法的信息，包括方法名、返回值类型、参数类型、修饰符、异常、方法的字节码。

(在编译的时候，就已经将方法的局部变量、操作数栈大小等确定并存放在字节码中，在装载的时候，随着类一起装入方法区。)

4.      静态变量：类变量，类的所有实例都共享，我们只需知道，在方法区有个静态区，静态区专门存放静态变量和静态块。

5.      到类classloader的引用：到该类的类装载器的引用。

6.      到类class 的引用：虚拟机为每一个被装载的类型创建一个class实例，用来代表这个被装载的类。 

PC(程序计数器)
用来记录当前执行的字节码指令的位置。
多线程并发的情况下，线程会进行上下文的切换，我们需要PC来记录我们上一次执行到哪儿了，因此它是线程私有的。
VM Stack
Java方法在运行的内存模型
栈(OOM):栈溢出。
栈深度 栈分配内存的大小。
每一个方法被调用就会产生给你一个栈帧，栈帧里面除了局部变量表还有一个操作数栈；
操作数栈的解释：

堆：
这一块内存是非常非常重要的。
实例对象 GC （信息共享） (OOM)
我们实例化的所有对象都是存放在这个内存中。这个实例化的对象里面会包含一些数据
Native method stack:
如果你去看源码会发现很多地方的代码不是java写的，而是走的native方法去调用本地操作系统里面的一些方法，可能调用的都是c语言写的方法。

比如说：public native int hashCode();

在调用这种native方法的时候，就会有线程对应的本地方法栈，这个其实类似于java虚拟机栈。也是存放各种native方法的局部变量表之类的信息。

java内存的目标：定义程序中各个变量的访问规则，即在JVM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

1. 主内存： 共享信息（对应的是堆和方法区）

2. 工作内存：(对应的是栈，pc)私有的信息(线程独有的)(工作空间：线程独自操作的一块内存空间)，基本的数据类型会直接分配到工作内存，引用的数据类型，引用地址放在工作内存，对象放在主内存中

   VM Stack是可以进行设置的，工作空间具体分配是看栈帧的大小，当工作空间的内存>VmStack就hi溢出

3. 工作方式：
   A : 修改私有数据，把数据写入到内存
   B : 线程修改共享数据，先从内存中去拿数据，复制到内存空间中。在工作空间内修改，完成以后， 刷新到内存

为什么要这样设计呢？

是为了保障数据的不可见性，因为每个线程都有自己独立的局部变量，但是因为这种情况加粗样式也就造成了线程的不安全性；
加粗样式
线程A:把共享变量进行读到自己工作空间正在修改

线程B:把共享变量进行读取，那么它读到的就是一个脏数据

1)硬件架构

a)CPU缓存的一致性问题：并发处理的不同步
b)解决方案：
i.总线加锁（） 降低CPU的吞吐量
ii.缓存上的一致性协议（MESI）
MESI解释:
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置无效，其他的CPU就从内存中读数据
2)Java线程与硬件处理器

3)Java内存模型与硬件内存架构的关系


并发编程的三个重要特性
原子性：不可分割 x=1
可见性：线程只能操作自己工作空间中的数据
有序性：程序中的顺序不一定就是执行的顺序
编译重排序
指令重排序
提高效率

JMM对三个特征的保证
1）JMM与原子性
A)X=10 写 原子性 如果是私有数据具有原子性，如果是共享数据没原子性（读写）
B)Y=x 没有原子性
a) 把数据X读到工作空间（原子性）
b) 把X的值写到Y（原子性）
C)I++ 没有原子性
a)读i到工作空间
b)+1；
c)刷新结果到内存
D)Z=z+1 没有原子性
a)读z到工作空间
b)+1；
c)刷新结果到内存
多个原子性的操作合并到一起没有原子性
保证方式：
Synchronized
JUC Lock的lock

2）JMM与可见性
Volatile:在JMM模型上实现MESI协议
Synchronized:加锁
JUC JUC Lock的lock

3）JMM与有序性

Volatile：
Synchronized：
Happens-before原则：
1）程序次序原则：最终结果要一致
2）锁定原则 ：后一次加锁必须等前一次解锁
3）Volatile原则：霸道原则
4）传递原则：A—B —C A–C

总结：
JVM内存区域和JMM的关系
JMM和硬件的关系
JMM和并发编程三个重要特征（有序性 as-if-seria:结果最终一致 happens-before 不满足这个规则的才可以进行重排序 ）
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