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JVM与JMM

为了更清晰地对比JVM和JMM,我们可以采用表格形式,从定义、功能、结构、与多线程关系等方面进行详细比较:

对比项JVM(Java Virtual Machine)JMM(Java Memory Model)
定义一种虚构的计算机,为Java程序提供与底层操作系统和硬件无关的运行环境,实现“一次编写,到处运行”一种抽象规范,定义了Java程序中多线程访问共享内存的规则
主要功能- 字节码执行:加载并将字节码解释或编译成机器码执行
- 内存管理:管理堆、栈、方法区等运行时内存
- 垃圾回收:自动回收不再使用的对象内存
- 解决多线程内存可见性问题:确保一个线程对共享变量的修改能及时被其他线程看到
- 保证原子性操作:确保操作不可中断,要么全执行,要么全不执行
- 处理指令重排序:防止因指令重排序导致多线程程序出错
结构组成- 类加载子系统:负责加载字节码文件
- 运行时数据区:包含堆、栈、方法区等
- 执行引擎:执行字节码指令
围绕主内存与工作内存的交互规则,以及保证原子性、可见性、有序性的规则体系
与多线程关系为多线程提供运行的基础环境,管理多线程的内存分配和线程调度等专门针对多线程环境,确保多线程对共享内存的访问符合规则,避免数据竞争和并发问题
作用层面从整体上保障Java程序的运行,涵盖编译、执行、内存管理等各个方面专注于多线程场景下的内存访问控制,确保多线程程序的正确性和稳定性
实现方式通过具体的软件实现,如HotSpot JVM,包含一系列复杂的算法和数据结构来实现其功能通过制定内存访问规则,依赖关键字(如volatilesynchronized)和同步机制来实现
  1. JVM(Java Virtual Machine,Java虚拟机)

    • 定义与概念:JVM是Java程序的运行核心,它是一种虚构出来的计算机,通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。它为Java程序提供了一个与底层操作系统和硬件无关的运行环境,使得Java程序能够实现“一次编写,到处运行”的特性。
    • 主要功能
      • 字节码执行:Java源文件经过编译器编译后生成字节码文件(.class文件)。JVM负责加载字节码文件,并将字节码解释或编译成机器码,然后在计算机上执行。例如,当我们运行一个简单的Java程序HelloWorld,JVM会加载HelloWorld.class文件,将其中的字节码转化为机器可执行的指令。
      • 内存管理:JVM管理Java程序运行时的内存,包括堆内存、栈内存、方法区等。堆内存用于存储对象实例,栈内存用于存储方法调用和局部变量等。比如,当创建一个new ArrayList()对象时,该对象会被分配到堆内存中,而调用创建该对象方法的相关局部变量会存储在栈内存中。
      • 垃圾回收:JVM自带垃圾回收机制(Garbage Collection,GC),它自动回收不再被使用的对象所占用的内存空间,减轻了程序员手动管理内存的负担。例如,当一个对象不再有任何引用指向它时,垃圾回收器会在适当的时候回收该对象占用的堆内存。
    • 结构组成
      • 类加载子系统:负责加载字节码文件到JVM中。它通过不同的类加载器(如启动类加载器、扩展类加载器、应用程序类加载器)按照一定的层次结构来加载类,保证类的唯一性和安全性。
      • 运行时数据区:包含上述提到的堆、栈、方法区等不同的内存区域,每个区域有其特定的功能和用途。
      • 执行引擎:负责执行字节码指令,将字节码翻译为对应平台的机器码。执行引擎可以采用解释执行(逐行解释字节码)或者即时编译(JIT,将热点代码编译成本地机器码以提高执行效率)等方式。
  2. JMM(Java Memory Model,Java内存模型)

    • 定义与概念:JMM是一种抽象的规范,它定义了Java程序中多线程访问共享内存的规则。它描述了在JVM中,各个线程如何访问和修改共享变量,以及如何保证不同线程之间对共享变量操作的可见性、原子性和有序性。
    • 主要功能
      • 解决多线程内存可见性问题:在多线程环境下,一个线程对共享变量的修改,其他线程何时能看到是不确定的。JMM通过规定线程对共享变量的读写操作与主内存之间的交互规则,来保证内存可见性。例如,使用volatile关键字修饰的变量,当一个线程修改了这个变量的值,会立即刷新到主内存,其他线程读取时会从主内存获取最新值。
      • 保证原子性操作:原子性指一个操作是不可中断的,要么全部执行成功,要么全部不执行。JMM定义了一些基本操作的原子性,如对基本数据类型(除longdouble在某些平台上)的简单读写操作是原子的。对于复合操作,如i++,可以通过synchronized关键字或Atomic类来保证原子性。
      • 处理指令重排序:为了提高性能,编译器和处理器可能会对指令进行重排序。JMM通过一些规则来确保在多线程环境下,指令重排序不会导致程序出现错误的执行结果。例如,volatile关键字不仅保证可见性,还能禁止指令重排序,确保volatile变量的读写操作顺序与代码顺序一致。
    • 与多线程的关系:JMM是为了保证多线程环境下程序的正确性和稳定性而设计的。它为多线程编程提供了内存层面的规范,使得程序员可以基于这些规则编写线程安全的代码。例如,当多个线程同时访问和修改共享资源时,通过遵循JMM的规则,使用合适的同步机制(如synchronizedLock等),可以避免数据竞争和其他并发问题。
  3. JVM与JMM的关系

    • JMM是JVM的一部分:JMM是JVM规范中关于内存访问规则的部分,它是JVM整体架构中负责多线程内存管理和同步的模块。
    • JVM为JMM提供运行基础:JVM提供了运行时数据区(包括主内存和工作内存等概念),这些是JMM规则得以实施的基础。JVM的类加载、执行引擎等子系统与JMM相互配合,共同保证Java程序在多线程环境下的正确运行。例如,执行引擎在执行字节码指令时,需要遵循JMM关于内存访问的规则,确保多线程操作共享变量的正确性。
http://www.lryc.cn/news/581170.html

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