java虚拟机内存模型（如何理解 Java 内存模型中的 Program Order）

本文目录

• 如何理解 Java 内存模型中的 Program Order
• 一、Android 虚拟机内存模型
• Java虚拟机几个点
• 北大青鸟java培训：java编程内存管理需要注意的问题
• java程序内存溢出一般什么原因
• 看了这篇文章，你还敢说你了解volatile关键字吗
• JVM基础和内存区域剖析
• 一个合格的Java开发工程师应该具备哪些技能

如何理解 Java 内存模型中的 Program Order

关于Program Order，对于每个线程，他只是一个语句的执行顺序集合定义，在这个集合里语句执行顺序能够保证正确性，即执行结果等于人为阅读代码时的执行结果（例如不管你按什么顺序执行1+1，始终等于2）。而Program Order的正确性保证了Intra-thread consistency.
1、intra-thread semantics
Intra-thread semantics are the semantics for single-threaded programs, and allow the complete prediction of the behavior of a thread based on the values seen by read actions within the thread.
单线程语义是内在一致的，这要求运行时环境（虚拟机或CPU）在单线程语境下，要至少提供以下保证：
1. 对同一内存对象的交替读，写，是有序的。程序中的先读后写，或先写后读，不能被打乱。这是合乎逻辑的。
2. 依赖性的内存访问，也必须是有序的。如从内存对象A中加载地址，再依据读到的地址，读取所指向的值。不能被打乱。这也是合乎逻辑的。
只有至少保证这两点，单线程语义才能保证：the complete prediction of the behavior of a thread based on the values seen by read actions within the thread.
线程内语义(Intra-thread semantics)是对单线程语义的推广。即单线程语义，再加上：
with the exception that the values seen by each read are determined by the memory model.
在保持这层语义上，运行时环境有足够自由schedule指令的运行顺序。换句话说，它可以合理的方式重排指令，只要结果表现得像按你写的指令顺序一样就行。
2、 program order
Among all the inter-thread actions performed by each thread t, the program order of t is a total order that reflects the order in which these actions would be performed according to the intra-thread semantics of t.
program order 作用实体是每线程， 建立于线程内语义之上。前面说线程内语义赋给运行时环境足够的自由重排指令了。因此，此时的program order已经不再只是纸面上写的指令的原始顺序了，而是运行时环境智能重排后的顺序。
在这个基础上，program order表现的就是发射给JVM执行的顺序。这个顺序仍然是total order的。

一、Android 虚拟机内存模型

jvm运行时数据区域解析
刘望舒的BLOG
虚拟机的内存模型

1.程序计数器: 确定程序指令执行顺序的,是唯一一块不会发生内存溢出的区域

2. Java虚拟机栈

**它也是线程私有的,负责存储方法内的局部变量,方法出口等。每执行一个方法都相当于压如一个栈帧,方法执行完比后这个栈帧从Java虚拟机栈中弹出。

3.本地方法区
负责管理虚拟机用到的 C 的方法。

4.堆内存区域
Java堆是一块被所有线程共享的区域，用来存放对象的实例。它不需要物理上连续,只需要逻辑上连续就可以。

5.方法区
方法区是被所有线程共享的的内存区域,用来存放已经被Java虚拟机加载的类的结构信息：运行时常量池,字段,方法信息，静态变量等数据。

class文件的内容

Java虚拟机几个点

程序计数器：当前线程所执行的字节码的行号指示器。
Java虚拟机栈：描述Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
本地方法栈：为虚拟机使用到的Native方法服务。
堆：存放对象实例。
方法区：用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
2. 堆里面的分区：Eden，survival from、survival to，老年代，各自的特点
Eden区的对象都是朝生夕死，发生minor gc的时候会清除eden区和survival区的，把存活的对象移到另一个Survival区，该survial区由老年代保证。当在年轻代中对象经过多次minor gc以后还存活，达到老年代的年纪，就会移动到老年代，还有就是大对象在年轻代无法存储，直接转到老年代，还有可能因为担保而进入老年代的
3. 对象创建方法，对象的内存分配，对象的访问定位
1对象的创建包括三步骤：①当遇到new命令的时候，会在常量池中检查该对象的符号引用是否存在，不存在则进行类的加载，否则执行下一步②分配内存，将将要分配的内存都清零。③虚拟机进行必要的设置，如设置hashcode，gc的分代年龄等，此时会执行《init》命令在执行之前所有的字段都为0，执行《init》指令以后，安装程序的意愿进行初始化字段。
2：对象的内存分配：包括对象头，实例数据，对齐填充
①对象头:包括对象的hascode，gc分代年龄，锁状态标等。
②实例数据:也就是初始化以后的对象的字段的内容，包括父类中的字段等
③对齐填充：对象的地址是8字节，虚拟机要求对象的大小是对象的整数倍(1倍或者两倍)。因此就会有空白区

北大青鸟java培训：java编程内存管理需要注意的问题

大家在进行程序系统维护的时候是否因为java编程的内存管理问题而无法快速解决导致系统出错呢?下面我们就一起来了解和学习一下，关于java编程内存管理都有哪些知识点。
程序计数器(了解)程序计数器，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
在虚拟机的概念模型里，字节码解释器工作就是通过改变程序计数器的值来选择下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都要依赖这个计数器来完成。
Java虚拟机栈(了解)Java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。
虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链表、方法出口信息等。
每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
局部变量表中存放了编译器可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)。
如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。
本地方法栈(了解)本地方法栈与虚拟机的作用相似，不同之处在于虚拟机栈为虚拟机执行的Java方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。
有的虚拟机直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
会抛出stackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
Java堆堆内存用来存放由new创建的对象实例和数组。
(重点)Java堆是所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建，此内存区域的目的就是存放对象实例。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。
***隐藏网址***
从内存分配的角度来看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区(TLAB)。

java程序内存溢出一般什么原因

注：“蓝色加粗字体”为书本原语

先来一张JVM运行时数据区域图，再接下来一一分析各区域功能：

程序计数器

程序计数器（program Counter Register）是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

Java虚拟机栈

虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。下面借用网友的一张图可能会更清晰：

局部变量表存放了预编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占用1个。通过上述表述（个人理解），局部变量空间是以Slot（32位）为空间单位的。就算原本一字节大小的byte类型在局部变量表也要占一个Slot（32位=4字节）。如果你想学习Java可以来这个群，首先是五三二，中间是二五九，最后是九五二，里面有大量的学习资料可以下载。

在Java虚拟机规范中，Java虚拟机栈规定了两种异常情况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。换句话说，如果线程栈的大小有1MB，如果当前线程大量使用了递归，那么当线程的栈帧总和超过1MB，JVM就会抛出StackOverflowError。另外，创建线程数量是需要分配线程栈内存的，但系统没有内存可以分配时，就会抛出OutOfMemoryError。说多是废话，实践才是真理，接下来尝试制作以上两种虚拟机栈错误。

测试代码：

public class StackTest { public static void recursion(int count){ System.out.println("count="+count); recursion(++count); } public static void main(String args) { recursion(0); } }

服务器和JVM信息如下：

把以上代码打成Jar在此环境下运行：

$ java -jar stackTest.jar count=0 count=1 …… count=8406 count=8407 count=8408 Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeLoop(UTF_8.java:691) at java.nio.charset.CharsetEncoder.encode(CharsetEncoder.java:579) at sun.nio.cs.StreamEncoder.implWrite(StreamEncoder.java:271) at sun.nio.cs.StreamEncoder.write(StreamEncoder.java:125) at java.io.OutputStreamWriter.write(OutputStreamWriter.java:207) at java.io.BufferedWriter.flushBuffer(BufferedWriter.java:129) at java.io.PrintStream.write(PrintStream.java:526) at java.io.PrintStream.print(PrintStream.java:669) at java.io.PrintStream.println(PrintStream.java:806) at StackTest.recursion(StackTest.java:5) at StackTest.recursion(StackTest.java:6)

从以上信息可看出，当recursion方法运行到count=8408的时候，线程栈已经超过了JVM默认的ThreadStackSize大小（1MB），则抛出了StackOverflowError异常。

接下来我们尝试通过加大设置线程栈大小（ThreadStackSize）值来消耗尽量多的系统内存，导致无法再分配线程栈内存而抛出OutOfMemoryError异常:

$ java -jar -Xss2048M stackTest.jar Error occurred during initialization of VM java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread at java.lang.Thread.start0(Native Method) at java.lang.Thread.start(Thread.java:714) at java.lang.ref.Reference.《clinit》(Reference.java:187)

JVM线程锁消耗的是Java进程的内存，但不消耗给JVM的内存，一个进程开启的最大线程数大概可以用以下公式进行理解：

线程数 = （进程最大分配内存数-JVM内存-保留的操作系统内存）/线程栈大小

进程最大分配内存大小跟操作系统有关，由于本人虚拟服务器的总内存大小为2GB，所以我尝试通过-Xss参数分配2GB的内存大小给线程栈，让虚拟机抛出异常。

本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

Java堆

Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块数据区域，在虚拟机启动时创建并被所有线程共享。此内存区域唯一的目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存，例如对象实例和数组。但随着其他技术的成熟（如JIT），对象分配在堆上慢慢地变得又没那么“绝对”了。Java堆同样是垃圾收集器管理的主要区域，由于现在的收集器基本都采用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为新生代和老年代。当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过-Xmx和-Xms控制）。如果堆中没有内存完成实例分配，并且对也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。继续上代码制造内存溢出：

public class HeapTest { public static void main(String); System.out.println("count="+i); } } }

打包为heapTest.jar进行测试：

$ java -jar heapTest.jar count=0 count=1 …… count=405 count=406 Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space at HeapTest.main(HeapTest.java:9)

通过打印信息得知，当程序创建第406个byte数组（每个数组1MB）时，堆就产生溢出了。

方法区

方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。方法区也称Non-Heap（非堆），目的是与Java堆区分开来，可通过-XX:MaxPermSize设置内存大小。从JVM运行时区域内存模型来看（本文第一张图），堆和方法区是两块独立的内存块。但从垃圾收集器来看，HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区，所以很多人都更愿意把方法区称为“永久代”，如下图所示：

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分，用于存放Class文件在编译期生成的各种字面量和符号引用，因为Class文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table）。这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。同时运行时常量池具备动态性，并非预置入Class文件中常量池的内存才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，例如String类的inter方法。既然运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。继续上代码制造内存溢出：

public class MethodAreaTest { public static void main(String args) { List《String》 list = new ArrayList《String》; int i = 0; while(true){ System.out.println(i); list.add(("MethodAreaTest"+String.valueOf(i++)).intern); } } }

由于JDK1.8 HotSpot虚拟机去掉了永久代，所以要回归JDK1.6测试:

打包为MethodAreaTest.jar进行测试：

wc@WC01:~/JAVATEST》 java -jar MethodAreaTest.jar 1 2 …… 815311 815312 815313 Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space at java.lang.String.intern(Native Method) at MethodAreaTest.main(MethodAreaTest.java:11)

通过打印信息可以看到，当intern了815313次之后，出现了方法区内存溢出（毕竟常量池是属于方法区的）。

看了这篇文章，你还敢说你了解volatile关键字吗

想要理解volatile为什么能确保可见性，就要先理解Java中的内存模型是什么样的。

Java内存模型规定了 所有的变量都存储在主内存中 。 每条线程中还有自己的工作内存，线程的工作内存中保存了被该线程所使用到的变量（这些变量是从主内存中拷贝而来） 。 线程对变量的所有操作（读取，赋值）都必须在工作内存中进行。不同线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成 。

基于此种内存模型，便产生了多线程编程中的数据“脏读”等问题。

举个简单的例子：在java中，执行下面这个语句：

i = 10;

执行线程必须先在自己的工作线程中对变量i所在的缓存行进行赋值操作，然后再写入主存当中。而不是直接将数值10写入主存当中。

比如同时有2个线程执行这段代码，假如初始时i的值为10，那么我们希望两个线程执行完之后i的值变为12。但是事实会是这样吗？

可能存在下面一种情况：初始时，两个线程分别读取i的值存入各自所在的工作内存当中，然后线程1进行加1操作，然后把i的最新值11写入到内存。此时线程2的工作内存当中i的值还是10，进行加1操作之后，i的值为11，然后线程2把i的值写入内存。

最终结果i的值是11，而不是12。这就是著名的缓存一致性问题。通常称这种被多个线程访问的变量为共享变量。

那么如何确保共享变量在多线程访问时能够正确输出结果呢？

在解决这个问题之前，我们要先了解并发编程的三大概念： 原子性，有序性，可见性 。

1.定义

原子性：即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。

2.实例

一个很经典的例子就是银行账户转账问题：

比如从账户A向账户B转1000元，那么必然包括2个操作：从账户A减去1000元，往账户B加上1000元。

试想一下，如果这2个操作不具备原子性，会造成什么样的后果。假如从账户A减去1000元之后，操作突然中止。这样就会导致账户A虽然减去了1000元，但是账户B没有收到这个转过来的1000元。

所以这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。

同样地反映到并发编程中会出现什么结果呢？

举个最简单的例子，大家想一下假如为一个32位的变量赋值过程不具备原子性的话，会发生什么后果？

假若一个线程执行到这个语句时，我暂且假设为一个32位的变量赋值包括两个过程：为低16位赋值，为高16位赋值。

那么就可能发生一种情况：当将低16位数值写入之后，突然被中断，而此时又有一个线程去读取i的值，那么读取到的就是错误的数据。

3.Java中的原子性

在Java中， 对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作 ，即这些操作是不可被中断的，要么执行，要么不执行。

上面一句话虽然看起来简单，但是理解起来并不是那么容易。看下面一个例子i：

请分析以下哪些操作是原子性操作：

x = 10; //语句1

y = x; //语句2

x++; //语句3

x = x + 1; //语句4

咋一看，可能会说上面的4个语句中的操作都是原子性操作。其实只有语句1是原子性操作，其他三个语句都不是原子性操作。

语句1是直接将数值10赋值给x，也就是说线程执行这个语句的会直接将数值10写入到工作内存中。

语句2实际上包含2个操作，它先要去读取x的值，再将x的值写入工作内存 ，虽然读取x的值以及 将x的值写入工作内存 这2个操作都是原子性操作，但是合起来就不是原子性操作了。

同样的， x++和 x = x+1包括3个操作：读取x的值，进行加1操作，写入新的值 。

所以上面4个语句只有语句1的操作具备原子性。

也就是说， 只有简单的读取、赋值（而且必须是将数字赋值给某个变量，变量之间的相互赋值不是原子操作）才是原子操作。

从上面可以看出，Java内存模型只保证了基本读取和赋值是原子性操作， 如果要实现更大范围操作的原子性，可以通过synchronized和Lock来实现。由于synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程执行该代码块，那么自然就不存在原子性问题了，从而保证了原子性。

1.定义

可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。

2.实例

举个简单的例子，看下面这段代码：

//线程1执行的代码

int i = 0;

i = 10;

//线程2执行的代码

j = i;

由上面的分析可知，当线程1执行 i =10这句时，会先把i的初始值加载到工作内存中，然后赋值为10，那么在线程1的工作内存当中i的值变为10了，却没有立即写入到主存当中。

此时线程2执行 j = i，它会先去主存读取i的值并加载到线程2的工作内存当中，注意此时内存当中i的值还是0，那么就会使得j的值为0，而不是10.

这就是可见性问题，线程1对变量i修改了之后，线程2没有立即看到线程1修改的值。

3.Java中的可见性

对于可见性，Java提供了volatile关键字来保证可见性。

当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值。

而普通的共享变量不能保证可见性， 因为普通共享变量被修改之后，什么时候被写入主存是不确定的，当其他线程去读取时，此时内存中可能还是原来的旧值，因此无法保证可见性。

另外，通过synchronized和Lock也能够保证可见性，synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码，并且 在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中 。因此可以保证可见性。

1.定义

有序性：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

2.实例

举个简单的例子，看下面这段代码：

int i = 0;

boolean flag = false;

i = 1; //语句1

flag = true; //语句2

上面代码定义了一个int型变量，定义了一个boolean类型变量，然后分别对两个变量进行赋值操作。从代码顺序上看，语句1是在语句2前面的，那么JVM在真正执行这段代码的时候会保证语句1一定会在语句2前面执行吗？不一定，为什么呢？这里可能会发生指令重排序（Instruction Reorder）。

下面解释一下什么是指令重排序， 一般来说，处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。

比如上面的代码中，语句1和语句2谁先执行对最终的程序结果并没有影响，那么就有可能在执行过程中，语句2先执行而语句1后执行。

但是要注意，虽然处理器会对指令进行重排序，但是它会保证程序最终结果会和代码顺序执行结果相同，那么它靠什么保证的呢？再看下面一个例子：

int a = 10; //语句1

int r = 2; //语句2

a = a + 3; //语句3

r = a*a; //语句4

这段代码有4个语句，那么可能的一个执行顺序是：

那么可不可能是这个执行顺序呢： 语句2 语句1 语句4 语句3

不可能，因为处理器在进行重排序时是会考虑指令之间的数据依赖性，如果一个指令Instruction 2必须用到Instruction 1的结果，那么处理器会保证Instruction 1会在Instruction 2之前执行。

虽然重排序不会影响单个线程内程序执行的结果，但是多线程呢？下面看一个例子：

上面代码中，由于语句1和语句2没有数据依赖性，因此可能会被重排序。假如发生了重排序，在线程1执行过程中先执行语句2，而此是线程2会以为初始化工作已经完成，那么就会跳出while循环，去执行doSomethingwithconfig(context)方法，而此时context并没有被初始化，就会导致程序出错。

从上面可以看出， 指令重排序不会影响单个线程的执行，但是会影响到线程并发执行的正确性。

也就是说， 要想并发程序正确地执行，必须要保证原子性、可见性以及有序性。只要有一个没有被保证，就有可能会导致程序运行不正确。

3.Java中的有序性

在Java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。

在Java里面，可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”。另外可以通过synchronized和Lock来保证有序性，很显然，synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码，相当于是让线程顺序执行同步代码，自然就保证了有序性。

另外，Java内存模型具备一些先天的“有序性”， 即不需要通过任何手段就能够得到保证的有序性，这个通常也称为 happens-before 原则。如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来，那么它们就不能保证它们的有序性，虚拟机可以随意地对它们进行重排序。

下面就来具体介绍下happens-before原则（先行发生原则）：

①程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作

②锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作

③volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作

④传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C

⑤线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作

⑥线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生

⑦线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行

⑧对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始

这8条规则中，前4条规则是比较重要的，后4条规则都是显而易见的。

下面我们来解释一下前4条规则：

对于程序次序规则来说，就是一段程序代码的执行 在单个线程中看起来是有序的 。注意，虽然这条规则中提到“书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作”，这个应该是程序看起来执行的顺序是按照代码顺序执行的， 但是虚拟机可能会对程序代码进行指令重排序 。虽然进行重排序，但是最终执行的结果是与程序顺序执行的结果一致的，它只会对不存在数据依赖性的指令进行重排序。因此， 在单个线程中，程序执行看起来是有序执行的 ，这一点要注意理解。事实上， 这个规则是用来保证程序在单线程中执行结果的正确性，但无法保证程序在多线程中执行的正确性。

第二条规则也比较容易理解，也就是说无论在单线程中还是多线程中， 同一个锁如果处于被锁定的状态，那么必须先对锁进行了释放操作，后面才能继续进行lock操作。

第三条规则是一条比较重要的规则。直观地解释就是， 如果一个线程先去写一个变量，然后一个线程去进行读取，那么写入操作肯定会先行发生于读操作。

第四条规则实际上就是体现happens-before原则 具备传递性 。

1.volatile保证可见性

一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后，那么就具备了两层语义：

1）保证了 不同线程对这个变量进行操作时的可见性 ，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。

2） 禁止进行指令重排序。

先看一段代码，假如线程1先执行，线程2后执行：

这段代码是很典型的一段代码，很多人在中断线程时可能都会采用这种标记办法。但是事实上，这段代码会完全运行正确么？即一定会将线程中断么？不一定，也许在大多数时候，这个代码能够把线程中断，但是也有可能会导致无法中断线程（虽然这个可能性很小，但是只要一旦发生这种情况就会造成死循环了）。

下面解释一下这段代码为何有可能导致无法中断线程。在前面已经解释过，每个线程在运行过程中都有自己的工作内存，那么线程1在运行的时候，会将stop变量的值拷贝一份放在自己的工作内存当中。

那么当线程2更改了stop变量的值之后，但是还没来得及写入主存当中，线程2转去做其他事情了，那么线程1由于不知道线程2对stop变量的更改，因此还会一直循环下去。

但是用volatile修饰之后就变得不一样了：

第一：使用volatile关键字会 强制将修改的值立即写入主存 ；

第二：使用volatile关键字的话，当线程2进行修改时， 会导致线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效 （反映到硬件层的话，就是CPU的L1或者L2缓存中对应的缓存行无效）；

第三：由于线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效，所以 线程1再次读取变量stop的值时会去主存读取 。

那么在线程2修改stop值时（当然这里包括2个操作，修改线程2工作内存中的值，然后将修改后的值写入内存），会使得线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效，然后线程1读取时，发现自己的缓存行无效，它会等待缓存行对应的主存地址被更新之后，然后去对应的主存读取最新的值。

那么线程1读取到的就是最新的正确的值。

2.volatile不能确保原子性

下面看一个例子：

大家想一下这段程序的输出结果是多少？也许有些朋友认为是10000。但是事实上运行它会发现每次运行结果都不一致，都是一个小于10000的数字。

可能有的朋友就会有疑问，不对啊，上面是对变量inc进行自增操作，由于volatile保证了可见性，那么在每个线程中对inc自增完之后，在其他线程中都能看到修改后的值啊，所以有10个线程分别进行了1000次操作，那么最终inc的值应该是1000*10=10000。

这里面就有一个误区了， volatile关键字能保证可见性没有错，但是上面的程序错在没能保证原子性。 可见性只能保证每次读取的是最新的值，但是volatile没办法保证对变量的操作的原子性。

在前面已经提到过， 自增操作是不具备原子性的，它包括读取变量的原始值、进行加1操作、写入工作内存 。那么就是说自增操作的三个子操作可能会分割开执行，就有可能导致下面这种情况出现：

假如某个时刻变量inc的值为10，

线程1对变量进行自增操作，线程1先读取了变量inc的原始值，然后线程1被阻塞了 ；

然后线程2对变量进行自增操作，线程2也去读取变量inc的原始值， 由于线程1只是对变量inc进行读取操作，而没有对变量进行修改操作，所以不会导致线程2的工作内存中缓存变量inc的缓存行无效，也不会导致主存中的值刷新， 所以线程2会直接去主存读取inc的值，发现inc的值时10，然后进行加1操作，并把11写入工作内存，最后写入主存。

然后线程1接着进行加1操作，由于已经读取了inc的值，注意此时在线程1的工作内存中inc的值仍然为10，所以线程1对inc进行加1操作后inc的值为11，然后将11写入工作内存，最后写入主存。

那么两个线程分别进行了一次自增操作后，inc只增加了1。

根源就在这里，自增操作不是原子性操作，而且volatile也无法保证对变量的任何操作都是原子性的。

解决方案：可以通过synchronized或lock，进行加锁，来保证操作的原子性。也可以通过AtomicInteger。

在java 1.5的java.util.concurrent.atomic包下提供了一些 原子操作类 ，即对基本数据类型的 自增（加1操作），自减（减1操作）、以及加法操作（加一个数），减法操作（减一个数）进行了封装，保证这些操作是原子性操作。 atomic是利用CAS来实现原子性操作的（Compare And Swap） ，CAS实际上是 利用处理器提供的CMPXCHG指令实现的，而处理器执行CMPXCHG指令是一个原子性操作。

3.volatile保证有序性

在前面提到volatile关键字能禁止指令重排序，所以volatile能在一定程度上保证有序性。

volatile关键字禁止指令重排序有两层意思：

1）当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时， 在其前面的操作的更改肯定全部已经进行，且结果已经对后面的操作可见；在其后面的操作肯定还没有进行 ；

2）在进行指令优化时， 不能将在对volatile变量的读操作或者写操作的语句放在其后面执行，也不能把volatile变量后面的语句放到其前面执行。

可能上面说的比较绕，举个简单的例子：

由于 flag变量为volatile变量 ，那么在进行指令重排序的过程的时候， 不会将语句3放到语句1、语句2前面，也不会讲语句3放到语句4、语句5后面。但是要注意语句1和语句2的顺序、语句4和语句5的顺序是不作任何保证的。

并且volatile关键字能保证， 执行到语句3时，语句1和语句2必定是执行完毕了的，且语句1和语句2的执行结果对语句3、语句4、语句5是可见的。

那么我们回到前面举的一个例子：

//线程1:

context = loadContext(); //语句1

inited = true; //语句2

//线程2:

while(!inited ){

sleep()

}

doSomethingwithconfig(context);

前面举这个例子的时候，提到有可能语句2会在语句1之前执行，那么久可能导致context还没被初始化，而线程2中就使用未初始化的context去进行操作，导致程序出错。

这里如果用volatile关键字对inited变量进行修饰，就不会出现这种问题了， 因为当执行到语句2时，必定能保证context已经初始化完毕。

1.可见性

处理器为了提高处理速度，不直接和内存进行通讯，而是将系统内存的数据独到内部缓存后再进行操作，但操作完后不知什么时候会写到内存。

2.有序性

Lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏），它确保 指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面； 即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成。

synchronized关键字是防止多个线程同时执行一段代码，那么就会很影响程序执行效率，而volatile关键字在某些情况下性能要优于synchronized，但是要注意volatile关键字是无法替代synchronized关键字的，因为volatile关键字无法保证操作的原子性。通常来说，使用volatile必须具备以下2个条件：

1）对变量的写操作不依赖于当前值

2）该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

下面列举几个Java中使用volatile的几个场景。

①.状态标记量

volatile boolean flag = false;

//线程1

while(!flag){

doSomething();

}

//线程2

public void setFlag() {

flag = true;

}

根据状态标记，终止线程。

②.单例模式中的double check

为什么要使用volatile 修饰instance？

主要在于instance = new Singleton()这句，这并非是一个原子操作，事实上在 JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情:

但是在 JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化。也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的，最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者，则在 3 执行完毕、2 未执行之前，被线程二抢占了，这时 instance 已经是非 null 了（但却没有初始化），所以线程二会直接返回 instance，然后使用，然后顺理成章地报错。

自己是从事了七年开发的Android工程师，不少人私下问我，2019年Android进阶该怎么学，方法有没有？

没错，年初我花了一个多月的时间整理出来的学习资料，希望能帮助那些想进阶提升Android开发，却又不知道怎么进阶学习的朋友。【 包括高级UI、性能优化、架构师课程、NDK、Kotlin、混合式开发（ReactNative+Weex）、Flutter等架构技术资料 】，希望能帮助到您面试前的复习且找到一个好的工作，也节省大家在网上搜索资料的时间来学习。

JVM基础和内存区域剖析

概念

特点

先进后出

虚拟机栈：用户描述Java方法执行的内存模型

栈帧：虚拟机栈中的栈元素（用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构）包括局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口

1.主要存储：

2.数据过多会导致OutOfMemoryError异常

《 JDK 1.8

》=JDK1.8

和永久代的区别：

1.存储位置不同，永久代物理上是堆的一部分，和新手代，老年代地址是连续的，而元空间属于本地内存；

2.存储内容不同，元空间存储类的元信息，静态变量和常量池等并入堆中;

3.相当于永久代的数据被分到了堆和元空间中

直接内存：避免native空间和java堆中来回进行复制

虚拟机启动时创建，用于存放对象实例，几乎所有的对象（包含常量池）都在堆上分配内存，当对象无法再该空间申请到内存时将抛出OutOfMemoryError异常。同时也是垃圾收集器管理的主要区域。可通过 -Xmx –Xms 参数来分别指定最大堆和最小堆

GC主要管理区域，可以通过-Xmx和Xms来设置最大和最小值，也可以通过-XX:NewSize -XX:MaxNewSize设置年轻代初始大小

超出空间大小会抛出OutOfMemoryError异常

新生区

新生区分为两个部分：伊甸区（Eden space）和幸存者区（survivor space）

伊甸区（Eden space）

大部分对象都会在Eden区诞生，并且一段时间不使用就会被GC回收

幸存者区（survivor space）

存在一段时间还在使用的对象会进入survivor区，survivor区包含一个相对的From区和to区，两者来回copy，回收没用的对象，用来延长对象的生命周期。

老年区（old FullGC）

经过多次GC仍然存在的对象会移动到老年区中，若老年区也满了，则会产生MajorGC（Full GC），对老年区进行内存清理（STW），若老年区执行了Full GC之后发现还是无法进行对象的报错，那么就会产生OOM异常”OutOfMemoryError“

问题：空间不连续，浪费空间

复制算法有2块一样大小的空间，情况对象时将可用的对象移动到to区里，复制算法内存空间连续

问题：要用2块空间，所以内存的模型from和to非常的小

只用一块空间，先进行标记无用对象，然后整理内存空间地址，最后清除

它只有一条GC线程，且就像前面说的，它在运行的时候需要暂停用户程序（stop the world）STW

它有多条GC线程，且它也需要暂停用户程序（stop the world）STW

它有一条或多条GC线程，且它需要在部分阶段暂停用户程序（stop the world），部分阶段与用户程序并发执行

serial（用于新生代，采用复制算法）、serial old（用于年老代，采用标记/整理算法）

parNew（用于新生代，采用复制算法）、Parallel

Scavenge（用于新生代，采用复制算法）、Parallel

old（用于年老代，采用标记/整理算法）

concurrent mark sweep （用于年老代，采用标记/清除算法）

一个合格的Java开发工程师应该具备哪些技能

CoreJava，就是Java基础、JDK的类库，很多童鞋都会说，JDK我懂，但是懂还不足够，知其然还要知其所以然，JDK的源代码写的非常好，要经常查看，对使用频繁的类，比如String，集合类（List，Map，Set）等数据结构要知道它们的实现，不同的集合类有什么区别，然后才能知道在一个具体的场合下使用哪个集合类更适合、更高效，这些内容直接看源代码就OK了

多线程并发编程，现在并发几乎是写服务端程序必须的技术，那对Java中的多线程就要有足够的熟悉，包括对象锁机制、关键字，concurrent包都要非常熟悉，这部分推荐你看看《Java并发编程实践》这本书，讲解的很详细。

Socket编程，首先要熟悉Java中Socket编程，以及I/O包，再深入下去就是JavaNIO,再深入下去是操作系统底层的Socket实现,了解Windows和Linux中是怎么实现socket的

JVM的一些知识，不需要熟悉，但是需要了解，这是Java的本质，可以说是Java的母体,了解之后眼界会更宽阔，比如Java内存模型（会对理解Java锁、多线程有帮助）、字节码、JVM的模型、各种垃圾收集器以及选择、JVM的执行参数（优化JVM）等等,这些知识在《深入Java虚拟机》这本书中都有详尽的解释,或者去oracle网站上查看具体版本的JVM规范。

一些常用的设计模式，比如单例、模板方法、代理、适配器等等，以及在CoreJava和一些Java框架里的具体场景的实现，这个可能需要慢慢积累，先了解有哪些使用场景，见得多了，自己就自然而然会去用。

常用数据库（Oracle、MySQL等）、SQL语句以及一般的优化。

JavaWeb开发的框架，比如Spring、iBatis等框架，同样他们的原理才是最重要的，至少要知道他们的大致原理。

8

其他一些有名的用的比较多的开源框架和包，Netty网络框架，的N多包，Google的Guava等等，也可以经常去Github上找一些代码看看