JVM系列【4】內存模型

JVM系列筆記目錄

• 虛擬機的基礎概念
• class文件結構
• class文件加載過程
• jvm內存模型
• JVM經常使用指令
• GC與調優

硬件層數據一致性

- 存儲器層次結構

從L6-L0 空間由大變小，速度由慢到快。

-緩存一致性算法

CPU實現緩存一致性的協議不少，其中intel 使用的MESI(Modified Exclusive Shared Or Invalid)協議。具體能夠參考：[MESI--CPU緩存一致性協議](http://www.javashuo.com/article/p-nemwwelp-he.html)

現代CPU的數據一致性實現=緩存鎖(MESI...) +總線鎖

-緩存行

緩存讀取時的單位，通常是64Byte
使用緩存行的對齊可以提升效率

-僞共享

位於同一緩存行的2個不一樣的數據，被2個不一樣的CPU鎖定，產生互相影響的僞共享問題。

如何解決？ 使用緩存行的對齊可以提升效率

CPU亂序問題

- 概念

CPU爲了提升執行效率，會在一條指令執行的過程當中(好比去內存取數據(慢100倍))，去同時執行另外一條指令，前提是兩條指令沒有依賴關係。具體參考：[現代cpu的合併寫技術對程序的影響](http://www.javashuo.com/article/p-mouhfepk-gc.html)

-合併寫

CPU上有一個WriteCombinBuffer，僅4個字節，比L1等級還高，某些寫操做會合並在一塊兒提交。[現代cpu的合併寫技術對程序的影響](http://www.javashuo.com/article/p-mouhfepk-gc.html)

-亂序證實

CPU亂序現象有大佬寫程序模擬出來了，具體參考： Memory Reordering Caught in the Act

如何保證在特定狀況下保證不亂序

硬件級別

X86 CPU級別內存屏障

sfence
store fence 在sfence指令前的寫操做必須在sfence指令後的寫操做前完成

lfence
load fence 在lfence指令前的讀操做必須在lfence指令後的讀操做前完成

mfence
mixed fence 在mfence指令前的讀寫操做必須在mfence指令後的讀寫操做前完成

CPU原子指令
如x86上的」lock …」 指令是一個Full Barrier，執行時會鎖住內存子系統來確保執行順序，甚至跨多個CPU

總結： Software Locks一般使用了內存屏障或原子指令來實現變量可見性和保持程序順序

JVM級別

JSR113規範規定了4種內存屏障

LoadLoad屏障
對於語句Load1;LoadLoad;Load2，在Load2及後續讀取指令要讀取的數據被訪問前，保證Load1要讀取的數據被讀取完畢

StoreStore屏障
對於語句Store1;StoreStore;Store2,在Store2及後續寫操做執行前，保證Store1的寫入操做對其它處理器可見

LoadStore屏障
對於語句Load1;StoreStore;Store2,在Store2及後續寫操做被刷出前，保證Load1要讀取的數據被讀取完畢

StoreLoad屏障
對於語句Store1;StoreStore;Load2,在Load2及後續讀取指令要執行前，保證Store1的寫入操做對其它處理器可見

sychronized/volatile在字節碼、JVM、硬件OS層面實現細節

- sychronized

• 字節碼層面

  sychronized m() : AccessFlag : ACC_VOLATILE

  sychronized(this){} : monitorenter monitorexit monitorenter

• JVM層面

  C/C++ 調用操做系統的同步操做

• 硬件OS層面

  X86 : lock cmpxchg / xxx

-volatile

• 字節碼層面
  AccessFlag : ACC_VOLATILE

• JVM層面

  volatile內存區域都加屏障

  StoreStoreBarrier volatile 寫操做 StoreLoadBarrier

​ LoadLoadBarrier ​ volatile 讀操做 ​ LoadStoreBarrier

• 硬件OS層面

  windows lock 指令實現 或是 MESI實現

面試new Object() 6連問

• 1.解釋對象的建立過程

  該問題結合上篇博客：JVM系列【3】Class文件加載過程不難回答出來。

  class loading

  class linking (vertification prepraration resolution)

  class initiazing

  new 申請內存空間

  成員變量賦初始值

  調用構造方法 :成員變量賦初始值；執行構造方法語句，super()父類構造。

• 2.對象在內存中的存儲佈局

  對象在內存中佈局分普通對象和數組對象。

  普通對象4部分：對象頭markword(8字節)、ClassPointer指針(4或8字節)、實例數據、padding對齊爲8的倍數。

  數組對象5部分，和普通對象相似，但中間是數組長度4字節和具體的數組數據。

• 3.對象頭具體包括什麼

  對象頭markword(8字節)具體內容和對象鎖狀態有關係，其中最高位2位是鎖狀態中，最低3位用做鎖標誌位，中間4位是GC年齡，以下。

• 4.對象怎麼定位

  經過句柄池和直接指針，具體參考：訪問對象兩種方式--句柄和直接指針

• 5.對象怎麼分配？

  對象的分配其實和垃圾回收GC有關係，後續總結GC詳細講。

• 6.Object o = new Object() 在內存中的佔用多少個字節

  16個字節，根據第2點的內存佈局能夠算出。

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