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JVM与JMM

news 2025/7/6 6:20:50

为了更清晰地对比JVM和JMM，我们可以采用表格形式，从定义、功能、结构、与多线程关系等方面进行详细比较：

对比项	JVM（Java Virtual Machine）	JMM（Java Memory Model）
定义	一种虚构的计算机，为Java程序提供与底层操作系统和硬件无关的运行环境，实现“一次编写，到处运行”	一种抽象规范，定义了Java程序中多线程访问共享内存的规则
主要功能	- 字节码执行：加载并将字节码解释或编译成机器码执行 - 内存管理：管理堆、栈、方法区等运行时内存 - 垃圾回收：自动回收不再使用的对象内存	- 解决多线程内存可见性问题：确保一个线程对共享变量的修改能及时被其他线程看到 - 保证原子性操作：确保操作不可中断，要么全执行，要么全不执行 - 处理指令重排序：防止因指令重排序导致多线程程序出错
结构组成	- 类加载子系统：负责加载字节码文件 - 运行时数据区：包含堆、栈、方法区等 - 执行引擎：执行字节码指令	围绕主内存与工作内存的交互规则，以及保证原子性、可见性、有序性的规则体系
与多线程关系	为多线程提供运行的基础环境，管理多线程的内存分配和线程调度等	专门针对多线程环境，确保多线程对共享内存的访问符合规则，避免数据竞争和并发问题
作用层面	从整体上保障Java程序的运行，涵盖编译、执行、内存管理等各个方面	专注于多线程场景下的内存访问控制，确保多线程程序的正确性和稳定性
实现方式	通过具体的软件实现，如HotSpot JVM，包含一系列复杂的算法和数据结构来实现其功能	通过制定内存访问规则，依赖关键字（如`volatile`、`synchronized`）和同步机制来实现

JVM（Java Virtual Machine，Java虚拟机）
- 定义与概念：JVM是Java程序的运行核心，它是一种虚构出来的计算机，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。它为Java程序提供了一个与底层操作系统和硬件无关的运行环境，使得Java程序能够实现“一次编写，到处运行”的特性。
- 主要功能：
  - 字节码执行：Java源文件经过编译器编译后生成字节码文件（.class文件）。JVM负责加载字节码文件，并将字节码解释或编译成机器码，然后在计算机上执行。例如，当我们运行一个简单的Java程序HelloWorld，JVM会加载HelloWorld.class文件，将其中的字节码转化为机器可执行的指令。
  - 内存管理：JVM管理Java程序运行时的内存，包括堆内存、栈内存、方法区等。堆内存用于存储对象实例，栈内存用于存储方法调用和局部变量等。比如，当创建一个new ArrayList()对象时，该对象会被分配到堆内存中，而调用创建该对象方法的相关局部变量会存储在栈内存中。
  - 垃圾回收：JVM自带垃圾回收机制（Garbage Collection，GC），它自动回收不再被使用的对象所占用的内存空间，减轻了程序员手动管理内存的负担。例如，当一个对象不再有任何引用指向它时，垃圾回收器会在适当的时候回收该对象占用的堆内存。
- 结构组成：
  - 类加载子系统：负责加载字节码文件到JVM中。它通过不同的类加载器（如启动类加载器、扩展类加载器、应用程序类加载器）按照一定的层次结构来加载类，保证类的唯一性和安全性。
  - 运行时数据区：包含上述提到的堆、栈、方法区等不同的内存区域，每个区域有其特定的功能和用途。
  - 执行引擎：负责执行字节码指令，将字节码翻译为对应平台的机器码。执行引擎可以采用解释执行（逐行解释字节码）或者即时编译（JIT，将热点代码编译成本地机器码以提高执行效率）等方式。
JMM（Java Memory Model，Java内存模型）
- 定义与概念：JMM是一种抽象的规范，它定义了Java程序中多线程访问共享内存的规则。它描述了在JVM中，各个线程如何访问和修改共享变量，以及如何保证不同线程之间对共享变量操作的可见性、原子性和有序性。
- 主要功能：
  - 解决多线程内存可见性问题：在多线程环境下，一个线程对共享变量的修改，其他线程何时能看到是不确定的。JMM通过规定线程对共享变量的读写操作与主内存之间的交互规则，来保证内存可见性。例如，使用volatile关键字修饰的变量，当一个线程修改了这个变量的值，会立即刷新到主内存，其他线程读取时会从主内存获取最新值。
  - 保证原子性操作：原子性指一个操作是不可中断的，要么全部执行成功，要么全部不执行。JMM定义了一些基本操作的原子性，如对基本数据类型（除long和double在某些平台上）的简单读写操作是原子的。对于复合操作，如i++，可以通过synchronized关键字或Atomic类来保证原子性。
  - 处理指令重排序：为了提高性能，编译器和处理器可能会对指令进行重排序。JMM通过一些规则来确保在多线程环境下，指令重排序不会导致程序出现错误的执行结果。例如，volatile关键字不仅保证可见性，还能禁止指令重排序，确保volatile变量的读写操作顺序与代码顺序一致。
- 与多线程的关系：JMM是为了保证多线程环境下程序的正确性和稳定性而设计的。它为多线程编程提供了内存层面的规范，使得程序员可以基于这些规则编写线程安全的代码。例如，当多个线程同时访问和修改共享资源时，通过遵循JMM的规则，使用合适的同步机制（如synchronized、Lock等），可以避免数据竞争和其他并发问题。
JVM与JMM的关系
- JMM是JVM的一部分：JMM是JVM规范中关于内存访问规则的部分，它是JVM整体架构中负责多线程内存管理和同步的模块。
- JVM为JMM提供运行基础：JVM提供了运行时数据区（包括主内存和工作内存等概念），这些是JMM规则得以实施的基础。JVM的类加载、执行引擎等子系统与JMM相互配合，共同保证Java程序在多线程环境下的正确运行。例如，执行引擎在执行字节码指令时，需要遵循JMM关于内存访问的规则，确保多线程操作共享变量的正确性。