[轉]從JVM角度看線程安全與垃圾收集

線程安全

Java內存模型中，程序（進程）擁有一塊內存空間，能夠被全部的線程共享，即MainMemory（主內存）；而每一個線程又有一塊獨立的內存空間，即WorkingMemory（工做內存）。普通狀況下，當線程須要對某一共享變量進行修改時，一般會進行以下的過程：

1.      從主內存中拷貝變量的一份副本，並裝載到工做內存中；

2.      在工做內存中執行代碼，修改副本的值；

3.      用工做內存中的副本值更新主存中的相關變量值。

以下圖：

所謂「線程安全」，即多個線程同時執行同一段代碼時，不會出現不肯定的或者與單線程條件下不一致的結果。一般，下列三種條件居其一的併發訪問被JVM認爲是線程安全的：

1.      有final關鍵字修飾且已被賦值；

2.      有volatile關鍵字修飾；

3.      有鎖保護（synchronized、ReentrantLock等）。

第1點顯而易見，再也不贅述。

volatile關鍵字的做用是告知JVM：它所修飾的域的原子操做都不須要通過線程的工做內存，而直接在主內存中進行修改。這樣就保證了線程從主內存中讀取（read）它的值的時候，老是最新的。可是，Java中的運算極少是原子的，即使是像++ 這樣的一元運算符或者+= 這樣的二元運算符都不是原子的，所以volatile關鍵字修飾的域在多線程環境下依然可能會讀寫出「髒」數據：它只保證每一步原子操做的線程安全，但不保證整個操做過程的線程安全。也所以，volatile主要被用於變量只有原子操做的場合，如賦值、移位等。

鎖，不管是顯式（ReentrantLock）仍是隱式（synchronized）的同步鎖，或是信號量（Semaphore），抑或是阻塞隊列（BlockingQueue），仍是其它的同步措施（CyclicBarrier、CountDownLatch、wait&notify等），它們的做用都是同樣的，就是保證一個共享變量的副本進入到某個線程的工做內存以後，該共享變量就再也不會被其它線程訪問到，直到前述過程的第3步執行完成。

線程在有同步鎖的狀況下訪問共享變量的過程以下：

1.      獲取同步鎖

2.      清空工做內存

3.      從主內存將拷貝變量副本，並裝載到工做內存

4.      對副本執行代碼

5.      用副本數據更新主內存中的相關變量

6.      釋放同步鎖

一般，沒有得到同步鎖的線程將被阻塞，直到它競爭到同步鎖。這樣，沒有得到同步鎖的線程不只不能訪問數據，甚至都不能繼續運行，因而強迫性地保證了線程安全。也所以，線程安全代碼的開銷要大於不安全的代碼，同步鎖的開銷也要大於volatile。

垃圾收集

上述線程運行的過程其實是JVM的思惟模型。JVM真正的邏輯內存模型以下圖所示：

其中：

線程的工做內存位於JVM棧中。線程中的每一個方法在運行的時候都會在棧中申請一個幀（frame），用來保存變量表、操做集、動態連接、出入口等信息。每一個方法從調用到返回，就是它的幀在線程棧中從入棧到出棧的過程。

程序的主內存位於JVM堆。程序中的每個實例或數據域都會被分配到堆中，並由全部線程共享（若是有權限的話）。線程從主內存中拷貝變量副本的過程，就是從堆中讀取（read）該變量的數據，而後在本身的棧中建立（load）一個新的實例。可見，load以後，棧中的操做就與堆中的變量沒有關係了。

線程PC用於寄存每一個線程當前執行到的機器指令。本地方法棧用於調用JNI方法，並在方法調用結束後銷燬。

Java的垃圾收集就是針對堆中的對象進行的。堆中按照對象的生命週期長短分爲以下圖的幾個區域：

其中：

新生代（NewGeneration）分爲兩個區：Eden和Survivor；而Survivor區又分爲了等大的兩個區：S0和S1（或From和To）。新建立（new）的對象都會分配到Eden區中。當Eden區滿時，會觸發一次MinorGC，JVM會將Eden中存活的對象進行標記並拷貝到S0中，同時回收全部無效的對象。當S0滿時，S0中存活的對象被拷貝到S1區，無效的對象被回收。當S1也滿時，意味着整個新生代都滿了，此時將觸發一次MajorGC，新生代中部分存活的對象被標記後拷貝到老年代區中，無效的對象被回收，同時新生代中剩餘的對象按必定的規則分配到Eden、S0、S1中。

老年代（OldGeneration）中保存的，是屢次GC以後仍然存活的對象。在老年代區中，若是剩餘的任一連續內存空間都不足以容納一個對象時，須要對老年代區進行碎片壓縮，此時程序將掛起。當老年代滿時，將觸發一次FullGC，它先對新生代發起一次MinorGC，再在老年代區標記清除無效的對象。

持久代（PermanentGeneration）也就是前圖中堆內部的方法區。這裏存放了程序中每一個Class和ClassLoader以及一些常量的數據信息。其中又包含了常量池，用於保存常量數據、方法簽名等在編譯時就決定的不變量。持久代中一般極少、甚至不發生GC。

GC中的算法參見以下的連接：

http://www.cnblogs.com/aigongsi/archive/2012/04/06/2434771.html

http://www.cnblogs.com/aigongsi/archive/2012/04/13/2446166.html

 

轉自:

http://blog.csdn.net/sadfishsc/article/details/10325879