jvm和jmm区别

jvm和jmm区别

概念

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是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。
JMM即Java内存模型(Java memory model)，在JSR133里指出了JMM是用来定义一个一致的、跨平台的内存模型，是缓存一致性协议，用来定义数据读写的规则。
《深入理解java虚拟机中》描述了这两个概念

JVM

1.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。字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器 的值来选取下一条需要执行的字节码指令，它是程序控制流的指示器，分支、循环、跳转、异常处 理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。 由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换、分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一 个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因 此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程 之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。
如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地 址；如果正在执行的是本地（Native）方法，这个计数器值则应为空（Undefined）。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。

2.Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）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方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候，Java虚拟机都 会同步创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信 息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。这个内存区域规定了两类异常状况：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Java虚拟机栈容量可以动态扩展，当栈扩 展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。
3.本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别只是虚拟机 栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地（Native） 方法服务。与虚拟机栈一样，本地方法栈也会在栈深度溢出或者栈扩展失 败时分别抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
4.Java堆（Java Heap）是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所 有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，Java 世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。在《Java虚拟机规范》中对Java堆的描述是：“所有 的对象实例以及数组都应当在堆上分配”，而这里笔者写的“几乎”是指从实现角度来看，随着Java语 言的发展，现在已经能看到些许迹象表明日后可能出现值类型的支持，即使只考虑现在，由于即时编 译技术的进步，尤其是逃逸分析技术的日渐强大，栈上分配、标量替换优化手段已经导致一些微妙 的变化悄然发生，所以说Java对象实例都分配在堆上也渐渐变得不是那么绝对了。 Java堆是垃圾收集器管理的内存区域，因此一些资料中它也被称作“GC堆”（Garbage Collected Heap，幸好国内没翻译成“垃圾堆”）。从回收内存的角度看，由于现代垃圾收集器大部分都是基于分 代收集理论设计的，所以Java堆中经常会出现“新生代”“老年代”“永久代”“Eden空间”“From Survivor空 间”“To Survivor空间”等名词，这些概念在本书后续章节中还会反复登场亮相，在这里笔者想先说明的 是这些区域划分仅仅是一部分垃圾收集器的共同特性或者说设计风格而已，而非某个Java虚拟机具体 实现的固有内存布局，更不是《Java虚拟机规范》里对Java堆的进一步细致划分。不少资料上经常写着 类似于“Java虚拟机的堆内存分为新生代、老年代、永久代、Eden、Survivor……”这样的内容。在十年 之前（以G1收集器的出现为分界），作为业界绝对主流的HotSpot虚拟机，它内部的垃圾收集器全部 都基于“经典分代”来设计，需要新生代、老年代收集器搭配才能工作，在这种背景下，上述说法还 算是不会产生太大歧义。但是到了今天，垃圾收集器技术与十年前已不可同日而语，HotSpot里面也出 现了不采用分代设计的新垃圾收集器，再按照上面的提法就有很多需要商榷的地方了。 如果从分配内存的角度看，所有线程共享的Java堆中可以划分出多个线程私有的分配缓冲区 （Thread Local Allocation Buffer，TLAB），以提升对象分配时的效率。不过无论从什么角度，无论如 何划分，都不会改变Java堆中存储内容的共性，无论是哪个区域，存储的都只能是对象的实例，将Java 堆细分的目的只是为了更好地回收内存，或者更快地分配内存。
根据《Java虚拟机规范》的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，但在逻辑上它应该 被视为连续的，这点就像我们用磁盘空间去存储文件一样，并不要求每个文件都连续存放。但对于大 对象（典型的如数组对象），多数虚拟机实现出于实现简单、存储高效的考虑，很可能会要求连续的 内存空间。 Java堆既可以被实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的Java虚拟机都是按照可扩 展来实现的（通过参数-Xmx和-Xms设定）。如果在Java堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再 扩展时，Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常。
5.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 的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。虽然《Java虚拟机规范》中把 方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫作“非堆”（Non-Heap），目的是与Java堆区 分开来。说到方法区，不得不提一下“永久代”这个概念，尤其是在JDK 8以前，许多Java程序员都习惯在 HotSpot虚拟机上开发、部署程序，很多人都更愿意把方法区称呼为“永久代”（Permanent Generation），或将两者混为一谈。本质上这两者并不是等价的，因为仅仅是当时的HotSpot虚拟机设 计团队选择把收集器的分代设计扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已，这样使得 HotSpot的垃圾收集器能够像管理Java堆一样管理这部分内存，省去专门为方法区编写内存管理代码的 工作。但是对于其他虚拟机实现，譬如BEA JRockit、IBM J9等来说，是不存在永久代的概念的。原则 上如何实现方法区属于虚拟机实现细节，不受《Java虚拟机规范》管束，并不要求统一。但现在回头 来看，当年使用永久代来实现方法区的决定并不是一个好主意，这种设计导致了Java应用更容易遇到 内存溢出的问题（永久代有-XX：MaxPermSize的上限，即使不设置也有默认大小，而J9和JRockit只要 没有触碰到进程可用内存的上限，例如32位系统中的4GB限制，就不会出问题），而且有极少数方法 （例如String::intern()）会因永久代的原因而导致不同虚拟机下有不同的表现。当Oracle收购BEA获得了 JRockit的所有权后，准备把JRockit中的优秀功能，譬如Java Mission Control管理工具，移植到HotSpot 虚拟机时，但因为两者对方法区实现的差异而面临诸多困难。考虑到HotSpot未来的发展，在JDK 6的 时候HotSpot开发团队就有放弃永久代，逐步改为采用本地内存（Native Memory）来实现方法区的计 划了，到了JDK 7的HotSpot，已经把原本放在永久代的字符串常量池、静态变量等移出，而到了 JDK 8，终于完全废弃了永久代的概念，改用与JRockit、J9一样在本地内存中实现的元空间（Meta- space）来代替，把JDK 7中永久代还剩余的内容（主要是类型信息）全部移到元空间中。 《Java虚拟机规范》对方法区的约束是非常宽松的，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选 择固定大小或者可扩展外，甚至还可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集行为在这个区域的 确是比较少出现的，但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这区域的内存回 收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，一般来说这个区域的回收效果比较难令人满意，尤 其是类型的卸载，条件相当苛刻，但是这部分区域的回收有时又确实是必要的。以前Sun公司的Bug列 表中，曾出现过的若干个严重的Bug就是由于低版本的HotSpot虚拟机对此区域未完全回收而导致内存 泄漏。根据《Java虚拟机规范》的规定，如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出 OutOfMemoryError异常。
6.运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字 段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表（Constant Pool Table），用于存放编译期生 成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。 Java虚拟机对于Class文件每一部分（自然也包括常量池）的格式都有严格规定，如每一个字节用 于存储哪种数据都必须符合规范上的要求才会被虚拟机认可、加载和执行，但对于运行时常量池， 《Java虚拟机规范》并没有做任何细节的要求，不同提供商实现的虚拟机可以按照自己的需要来实现 这个内存区域，不过一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把由符号引用翻译出来 的直接引用也存储在运行时常量池中。 运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量 一定只有编译期才能产生，也就是说，并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常 量池，运行期间也可以将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的 intern()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的限制，当常量池无法再申请到内存 时会抛出OutOfMemoryError异常。
7.直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是《Java虚拟机规范》中 定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现，所 以我们放到这里一起讲解。 在JDK 1.4中新加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区 （Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，**然后通过一个存储在Java堆里面的 DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。**这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了 在Java堆和Native堆中来回复制数据。 显然，本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，则肯定还是会受到 本机总内存（包括物理内存、SWAP分区或者分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制，一般服务 器管理员配置虚拟机参数时，会根据实际内存去设置-Xmx等参数信息，但经常忽略掉直接内存，使得 各个内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现 OutOfMemoryError异常。

JMM

Java内存模型的主要目的是定义程序中各种变量的访问规则，即关注在虚拟机中把变量值存储到 内存和从内存中取出变量值这样的底层细节。此处的变量（Variables）与Java编程中所说的变量有所区 别，它包括了实例字段、静态字段和构成数组对象的元素，但是不包括局部变量与方法参数，因为后 者是线程私有的，不会被共享，自然就不会存在竞争问题。为了获得更好的执行效能，Java内存模 型并没有限制执行引擎使用处理器的特定寄存器或缓存来和主内存进行交互，也没有限制即时编译器 是否要进行调整代码执行顺序这类优化措施。 Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存（Main Memory）中。每条线程 还有自己的工作内存，线程的工作内存中保 存了被该线程使用的变量的主内存副本，线程对变量的所有操作（读取、赋值等）都必须在工作内 存中进行，而不能直接读写主内存中的数据。不同的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。
这里所讲的主内存、工作内存与Java内存区域中的Java堆、栈、方法区等并不是同一 个层次的对内存的划分，这两者基本上是没有任何关系的。如果两者一定要勉强对应起来，那么从变 量、主内存、工作内存的定义来看，主内存主要对应于Java堆中的对象实例数据部分，而工作内存 则对应于虚拟机栈中的部分区域。从更基础的层次上说，主内存直接对应于物理硬件的内存，而为了 获取更好的运行速度，虚拟机（或者是硬件、操作系统本身的优化措施）可能会让工作内存优先存储 于寄存器和高速缓存中，因为程序运行时主要访问的是工作内存。

关于主内存与工作内存之间具体的交互协议

关于主内存与工作内存之间具体的交互协议，即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存、如何从 工作内存同步回主内存这一类的实现细节，Java内存模型中定义了以下8种操作来完成。Java虚拟机实 现时必须保证下面提及的每一种操作都是原子的、不可再分的
lock（锁定）：作用于主内存的变量，它把一个变量标识为一条线程独占的状态。
unlock（解锁）：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量 才可以被其他线程锁定。
read（读取）：作用于主内存的变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以 便随后的load动作使用。
load（载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的 变量副本中。
use（使用）：作用于工作内存的变量，它把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎，每当虚 拟机遇到一个需要使用变量的值的字节码指令时将会执行这个操作。
assign（赋值）：作用于工作内存的变量，它把一个从执行引擎接收的值赋给工作内存的变量， 每当虚拟机遇到一个给变量赋值的字节码指令时执行这个操作。
store（存储）：作用于工作内存的变量，它把工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便随 后的write操作使用。
write（写入）：作用于主内存的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的 变量中。
如果要把一个变量从主内存拷贝到工作内存，那就要按顺序执行read和load操作，如果要把变量从 工作内存同步回主内存，就要按顺序执行store和write操作。注意，Java内存模型只要求上述两个操作 必须按顺序执行，但不要求是连续执行。也就是说read与load之间、store与write之间是可插入其他指令 的，如对主内存中的变量a、b进行访问时，一种可能出现的顺序是read a、read b、load b、load a。除此 之外，Java内存模型还规定了在执行上述8种基本操作时必须满足如下规则：
1.不允许read和load、store和write操作之一单独出现，即不允许一个变量从主内存读取了但工作内 存不接受，或者工作内存发起回写了但主内存不接受的情况出现。
2·不允许一个线程丢弃它最近的assign操作，即变量在工作内存中改变了之后必须把该变化同步回 主内存。
3 ·不允许一个线程无原因地（没有发生过任何assign操作）把数据从线程的工作内存同步回主内存 中。
4·一个新的变量只能在主内存中“诞生”，不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化（load或 assign）的变量，换句话说就是对一个变量实施use、store操作之前，必须先执行assign和load操作。
5·一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行lock操作，但lock操作可以被同一条线程重复执 行多次，多次执行lock后，只有执行相同次数的unlock操作，变量才会被解锁。
6 ·如果对一个变量执行lock操作，那将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量 前，需要重新执行load或assign操作以初始化变量的值。
7 ·如果一个变量事先没有被lock操作锁定，那就不允许对它执行unlock操作，也不允许去unlock一个 被其他线程锁定的变量。
8 ·对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回主内存中（执行store、write操作）。