JVM内存模型
JVM内存模型（Java Virtual Machine Memory Model）是Java程序运行时的核心机制，涵盖内存区域划分、多线程交互规则及内存管理策略。以下从内存区域结构和并发内存模型（JMM）两个维度解析：
一、JVM内存区域划分 JVM将内存划分为多个区域，按线程共享性分为线程私有区域和线程共享区域，具体结构如下：
- 线程私有区域 • 程序计数器（PC Register）
记录当前线程执行的字节码指令地址，线程切换时恢复执行位置。唯一不会发生内存溢出的区域。
• 虚拟机栈（JVM Stack）
存储方法调用的栈帧，包含局部变量表、操作数栈等信息。每个方法对应一个栈帧，栈深度过大会抛出StackOverflowError。
• 本地方法栈（Native Method Stack）
服务于JNI调用的本地方法（如C/C++代码），结构与虚拟机栈类似。
- 线程共享区域 • 堆（Heap）
• 新生代：包括Eden区和两个Survivor区，存放新创建的对象，采用复制算法回收。
• 老年代：存放长期存活对象，使用标记-清除或标记-整理算法。
• 调优参数：通过-Xms（初始堆大小）和-Xmx（最大堆大小）控制容量。
• 方法区（Method Area）
JDK 8后由元空间（Metaspace）替代永久代，存储类元信息、常量池、静态变量等，使用本地内存动态扩展。
• 直接内存（Direct Memory）
通过ByteBuffer.allocateDirect()分配，绕过堆直接操作物理内存，提升I/O性能。
二、Java内存模型（JMM）的核心特性 JMM是并发编程的底层规范，解决多线程下的可见性、原子性和有序性问题：
- 三大核心问题 • 可见性（Visibility）
一个线程修改共享变量后，其他线程能立即感知。通过volatile、synchronized或final实现。
• 原子性（Atomicity）
操作不可分割，如i++需通过synchronized或CAS（如AtomicInteger）保证原子性。
• 有序性（Ordering）
禁止指令重排序，volatile通过内存屏障（Memory Barrier）限制编译器和处理器优化。
- 关键技术机制 • 锁与同步
synchronized通过对象头的Mark Word实现锁升级（偏向锁→轻量级锁→重量级锁），保障同步块的原子性和可见性。
• volatile关键字
底层依赖CPU的LOCK指令，强制刷新主存数据并使其他线程缓存失效。
• CAS与原子类
通过cmpxchg指令（带LOCK前缀）实现无锁并发，解决ABA问题需结合AtomicStampedReference。
• 内存屏障
禁止特定指令重排序，如LoadLoad屏障确保读操作顺序性。
三、内存管理策略与优化
- 分代回收策略 • 新生代：采用复制算法，快速回收短期对象。
• 老年代：使用标记-整理算法，减少内存碎片。
- 内存分配优化 • TLAB（线程本地分配缓冲区）
在Eden区为每个线程分配独立内存块，避免全局锁竞争，提升分配效率。
- 伪共享与缓存行
变量若共享同一缓存行（64字节），频繁失效会导致性能下降。可通过@sun.misc.Contended注解填充字节解决。
总结 JVM内存模型通过区域划分实现高效内存管理，通过JMM规范解决多线程并发问题。理解其结构（如堆、栈、方法区）和机制（如锁、volatile、CAS）是优化Java程序性能的关键。实际开发中需结合监控工具（如JVisualVM）分析内存使用，并通过参数调优（如堆大小、GC算法）提升稳定性。