类加载机制

1. 加载

  • 通过全限定名获得类的二进制字节流

  • 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构

  • 在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象，作为方法区这个类的各种数据的访问接口

2. 连接

  1. 验证

    • 文件格式校验：验证字节流是否符合 class 文件的规范

    • 元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析

    • 字节码验证：该阶段主要工作是进行数据流和控制流分析

    • 符号引用验证：最后一个阶段的校验发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候，这个转化动作将在连接的第三个阶段——解析阶段中发生。符号引用验证的目的是确保解析动作能正常执行

  2. 准备

    • 为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段。初始值是默认值 0 或 false 或 null。如果类变量是常量（final），那么会按照表达式来进行初始化

  3. 解析

    • 虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用

3. 初始化

4. 使用

5. 卸载

JAVA (并发)内存模型

图

Java 并发内存模型

目的

  • 定义程序中各个变量的访问规则(在虚拟机中将变量存储到内存和从内存中取出变量这样的底层细节)

  • 屏蔽各种硬件/操作系统的内存访问差异

内存操作规则

Java 内存模型中规定:

  • 所有变量都存贮到主内存(如虚拟机物理内存中的一部分)

  • 每一个线程都有一个自己的工作内存(如cpu中的高速缓存)

  • 工作内存保存了该线程使用到的变量的主内存的副本拷贝

  • 线程对变量的所有操作(读取、赋值等)必须在该线程的工作内存中进行

  • 不同线程之间无法直接访问对方工作内存中变量

  • 线程间变量的值传递均需要通过主内存来完成

Java 内存模型定义了8种原子操作来实现主内存与工作内存之间的交互协议

  1. lock(锁定)：作用于主内存，它把一个变量标记为一条线程独占状态；

  2. unlock(解锁)：作用于主内存，它将一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才能够被其他线程锁定；

  3. read(读取)：作用于主内存，它把变量值从主内存传送到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用；

  4. load(载入)：作用于工作内存，它把read操作的值放入工作内存中的变量副本中；

  5. use(使用)：作用于工作内存，它把工作内存中的值传递给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用这个变量的指令时候，将会执行这个动作；

  6. assign(赋值)：作用于工作内存，它把从执行引擎获取的值赋值给工作内存中的变量，每当虚拟机遇到一个给变量赋值的指令时候，执行该操作；

  7. store(存储)：作用于工作内存，它把工作内存中的一个变量传送给主内存中，以备随后的write操作使用；

  8. write(写入)：作用于主内存，它把store传送值放到主内存中的变量中。

Java内存模型还规定了执行上述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，以上两个操作必须按顺序执行，但没有保证必须连续执行，也就是说，read与load之间、store与write之间是可插入其他指令的。

  2. 不允许一个线程丢弃它的最近的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. 一个新的变量只能从主内存中“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和store操作之前，必须先执行过了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执行lock操作，但lock操作可以被同一个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，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操作初始化变量的值。

  7. 如果一个变量实现没有被lock操作锁定，则不允许对它执行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（执行store和write操作）。

volatile型变量的特殊规则

  • 保证此变量对所有线程的可见性

  • 禁止指令重排序优化

  • 由于volatile变量只能保证可见性，在不符合以下两条规则的运算场景中，我们仍然要通过加锁来保证原子性

    1. 运算结果并不依赖变量的当前值，或者能够确保只有单一的线程修改变量的值。

    2. 变量不需要与其他的状态比阿尼浪共同参与不变约束。

原子性、可见性与有序性

Java内存模型是围绕着在并发过程中如何处理原子性、可见性和有序性这三个特征来建立的

  • 原子性（Atomicity）

    由Java内存模型来直接保证的原子性变量包括read、load、assign、use、store和write

  • 可见性（Visibility）

    当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即得知这个修改

  • 有序性（Ordering）

    在本线程内观察，所有的操作都是有序的：如果在一个线程中观察另外一个线程，所有的线程操作都是无序的

相关资料: JVM笔记(上)