Java Memory Model（JMM）是Java虚拟机（JVM）规范的一部分，用于定义程序中各个线程之间如何通过内存进行交互

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/blog_programb/article/details/120463256

Java Memory Model（JMM）是Java虚拟机（JVM）规范的一部分，用于定义程序中各个线程之间如何通过内存进行交互。虽然内存管理在Java语言中是由JVM自动操作的，但了解其工作原理对于编写高效、线程安全的代码非常重要。

在Java中，内存管理主要涉及以下几个方面：

堆内存（Heap Memory）:
- 堆内存是所有对象实例和数组的存储区域。
- 每个对象在堆上分配一块内存，并且由垃圾回收器（Garbage Collector, GC）负责管理。
- 当不再需要某个对象时，垃圾回收器会自动释放这块内存，以便重用。
栈内存（Stack Memory）:
- 每个线程都有自己的栈内存，用于存储局部变量和方法调用信息。
- 方法调用时，会在栈上创建一个新的栈帧（Stack Frame），包含方法参数、局部变量和方法返回地址等信息。
- 方法执行完毕后，相应的栈帧会被销毁，释放内存。
方法区（Method Area）:
- 方法区是存储类信息、常量池、静态变量等共享数据的内存区域。
- 每个加载的类都有一个对应的Class对象，该对象存储在方法区中。
- 方法区也是由垃圾回收器管理的，但通常不会频繁地进行垃圾回收。
本地方法栈（Native Method Stack）:
- 本地方法栈用于执行非Java代码（如C/C++编写的本地方法）。
- 与Java栈类似，但用于不同的执行环境。
程序计数器（Program Counter Register）:
- 程序计数器是当前线程正在执行的方法的字节码指令地址。
- 每个线程都有自己独立的程序计数器。
垃圾回收（Garbage Collection）:
- JVM通过垃圾回收机制自动管理内存，避免内存泄漏和溢出。
- 常见的垃圾回收算法包括标记-清除（Mark-Sweep）、分代收集（Generational Collection）等。
内存可见性（Memory Visibility）:
- Java内存模型通过happens-before关系保证不同线程之间的内存可见性。
- 例如，一个线程对共享变量的修改必须对其他线程可见，这通常通过同步机制（如synchronized关键字或Lock对象）来实现。
逃逸分析（Escape Analysis）:
- JVM可以通过逃逸分析优化对象的生命周期，将一些对象分配到栈上而不是堆上，从而减少垃圾回收的压力。
直接内存（Direct Buffer Memory）:
- 直接内存不是JVM堆的一部分，而是通过NIO（New I/O）分配的内存，通常用于高效的I/O操作。

了解这些内存管理的基本概念有助于更好地理解Java程序的性能和行为，尤其是在多线程环境下。
Java中的垃圾回收机制（Garbage Collection, GC）是自动管理内存的重要特性，它帮助开发者避免手动释放内存的繁琐任务。常见的垃圾回收类型包括以下几种：

标记-清除法（Mark-Sweep）：这是最早的垃圾回收算法之一。首先，它会遍历所有对象，标记出可达的对象（即从根集合出发可以访问到的对象）。然后，它会清理掉未被标记的对象，即那些不再被引用的对象。这种方法简单直接，但可能会导致内存碎片。
复制算法（Copying）：这种算法将内存分为两个区域：一个“活动区”和一个“空闲区”。当进行垃圾回收时，会将活动区内的所有存活对象复制到空闲区，然后清空活动区。这样，活动区就变为了新的空闲区，而原来的空闲区则成为了新的活动区。复制算法的优点是不会产生内存碎片，但它需要较多的内存空间来支持复制操作。
标记-整理法（Mark-Compact）：这是一种结合了标记和整理的算法。首先，它会像标记-清除法一样标记出所有可达的对象。接着，它会将所有存活的对象移动到内存的一端，从而消除内存碎片。这种方法既避免了内存碎片的问题，又不需要大量的额外内存空间。
分代收集法（Generational Collection）：这是现代垃圾回收器中最常用的一种策略。它将对象分为不同的代（如新生代、老年代等），并根据对象的生命周期采用不同的回收策略。例如，新生代的对象通常寿命较短，因此可以使用复制算法快速回收；而老年代的对象则可能使用标记-整理法或标记-清除法进行回收。

内存管理在Java语言中是JVM自动操作的，当JVM发现某些对象不再需要的时候，就会对该对象占用的内存进行重分配（释放）操作，而且使得分配出来的内存能够提供给所需要的对象。在一些编程语言里面，内存管理是一个程序的职责，但是书写过C++的程序员很清楚，如果该程序需要自己来书写很有可能引起很严重的错误或者说不可预料的程序行为，最终大部分开发时间都花在了调试这种程序以及修复相关错误上。一般情况下在Java程序开发过程把手动内存管理称为显示内存管理，而显示内存管理经常发生的一个情况就是引用悬挂——也就是说有可能在重新分配过程释放掉了一个被某个对象引用正在使用的内存空间，释放掉该空间过后，该引用就处于悬挂状态。如果这个被悬挂引用指向的对象试图进行原来对象（因为这个时候该对象有可能已经不存在了）进行操作的时候，由于该对象本身的内存空间已经被手动释放掉了，这个结果是不可预知的。显示内存管理另外一个常见的情况是内存泄漏，当某些引用不再引用该内存对象的时候，而该对象原本占用的内存并没有被释放，这种情况简言为内存泄漏。比如，如果针对某个链表进行了内存分配，而因为手动分配不当，仅仅让引用指向了某个元素所处的内存空间，这样就使得其他链表中的元素不能再被引用而且使得这些元素所处的内存让应用程序处于不可达状态而且这些对象所占有的内存也不能够被再使用，这个时候就发生了内存泄漏。而这种情况一旦在程序中发生，就会一直消耗系统的可用内存直到可用内存耗尽，而针对计算机而言内存泄漏的严重程度大了会使得本来正常运行的程序直接因为内存不足而中断，并不是Java程序里面出现Exception那么轻量级。
在以前的编程过程中，手动内存管理带了计算机程序不可避免的错误，而且这种错误对计算机程序是毁灭性的，所以内存管理就成为了一个很重要的话题，但是针对大多数纯面向对象语言而言，比如Java，提供了语言本身具有的内存特性：自动化内存管理，这种语言提供了一个程序垃圾回收器（Garbage Collector[GC]），自动内存管理提供了一个抽象的接口以及更加可靠的代码使得内存能够在程序里面进行合理的分配。最常见的情况就是垃圾回收器避免了悬挂引用的问题，因为一旦这些对象没有被任何引用“可达”的时候，也就是这些对象在JVM的内存池里面成为了不可引用对象，该垃圾回收器会直接回收掉这些对象占用的内存，当然这些对象必须满足垃圾回收器回收的某些对象规则，而垃圾回收器在回收的时候会自动释放掉这些内存。不仅仅如此，垃圾回收器同样会解决内存泄漏问题。
Java Memory Model（JMM）是Java语言中关于内存管理的规范。在Java中，内存管理主要是由Java虚拟机（JVM）自动操作的。
JMM定义了Java程序中线程之间的内存访问行为和顺序，以及JVM对内存的抽象。它允许程序员编写并发程序，而无需担心底层的内存访问细节。
在Java中，内存管理是自动化的，程序员不需要显式地分配和释放内存。当一个对象不再被引用时，JVM会自动回收该对象占用的内存。这种自动内存管理可以减少程序员的工作量，并降低内存泄漏和内存溢出的风险。
JMM还定义了线程之间的同步和通信机制，以确保多线程并发访问共享数据时的数据一致性和顺序性。这包括synchronized关键字、volatile关键字和锁等机制。
总之，Java Memory Model是一种强大的工具，它简化了多线程编程并提高了程序的可靠性。程序员可以专注于编写业务逻辑，而无需担心底层的内存管理问题。Java的内存管理主要是通过垃圾回收机制实现的。垃圾回收是一种自动的内存管理技术，它自动回收程序中不再使用的对象所占用的内存。
Java的垃圾回收器会自动检测不再被引用的对象，并释放它们占用的内存。这个过程是自动进行的，程序员不需要手动释放内存。垃圾回收器还可以处理内存中的对象之间的引用关系，以确保只有真正需要使用的对象才会被保留在内存中。
除了垃圾回收机制，Java还提供了一些内存监控工具，如jconsole和jvisualvm等，用于监控Java程序的内存使用情况，帮助程序员及时发现和解决内存问题。
总之，Java的内存管理机制可以自动处理内存分配和回收问题，减轻了程序员的工作负担，提高了程序的可靠性和稳定性。除了垃圾回收和内存监控工具，Java还提供了一些高级的内存管理功能，如内存分区和内存映射文件等。
Java的内存分区功能可以将内存分为不同的区域，每个区域用于不同的用途。例如，Java堆是用于存储对象实例的区域，而方法区是用于存储已被加载的类信息、常量、静态变量以及即时编译器编译后的代码等数据的区域。这种内存分区的方式有助于提高内存使用的效率和管理。
Java的内存映射文件功能可以将文件或文件的一部分直接映射到内存中，以便更快地进行读写操作。这种功能可以显著提高文件读写的性能，尤其是在处理大文件时。
总之，Java提供了多种内存管理功能，包括垃圾回收、内存监控工具、内存分区和内存映射文件等。这些功能使得Java程序员可以更轻松地管理内存，提高程序的性能和可靠性。
在这里插入图片描述