Java volatile 关键字 Java内存管理API

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/

java的内存管理分为：

1、堆内存；2、栈内存；3、方法区；4、本地方法区

/*
1:方法区
方法区存放装载的类数据信息包括:
(1):基本信息:
1)每个类的全限定名
2)每个类的直接超类的全限定名(可约束类型转换)
3)该类是类还是接口
4)该类型的访问修饰符
5)直接超接口的全限定名的有序列表
(2):每个已装载类的详细信息:
1)运行时常量池:
存放该类型所用的一切常量(直接常量和对其它类型、字段、方法的符号引用),它们以数组形式通过索引被访问,
是外部调用与类联系及类型对象化的桥梁。
它是类文件(字节码)常量池的运行时表示。(还有一种静态常量池,在字节码文件中)。
2)字段信息:
类中声明的每一个字段的信息(名,类型,修饰符)。
3)方法信息:
类中声明的每一个方法的信息(名,返回类型,参数类型,修饰符,方法的字节码和异常表)。
4)静态变量
5)到类 classloader 的引用:即到该类的类装载器的引用。
6)到类 class 的引用:
虚拟机为每一个被装载的类型创建一个 class 实例, 用来代表这个被装载的类。

2:栈内存
Java栈内存以帧的形式存放本地方法的调用状态(包括方法调用的参数,局部变量,中间结果等)。
每调用一个方法就将对应该方法的方法帧压入 Java 栈,成为当前方法帧。当调用结束(返回)时,就弹出该帧。
编译器将源代码编译成字节码(.class)时, 就已经将各种类型的方法的局部变量, 操作数栈大小确定并放在字节码中,随着类一并装载入方法区。当调用方法时,通过访问方法区中的类的信息,
得到局部变量以及操作数栈的大小。
也就是说: 在方法中定义的一些基本类型的变量和对象的引用变量都在方法的栈内存中分配。 当在一段代码块定义一个变量时,Java 就在栈中为这个变量分配内存空间,当超过变量的作用域后,Java 会自动释放掉为该变量所分配的内存空间, 该内存空间可以立即被另作它用。


栈内存的构成:

Java 栈内存由局部变量区、操作数栈、帧数据区组成。
(1):局部变量区为一个以字为单位的数组,每个数组元素对应一个局部变量的值。
调用方法时,将方法的局部变量组成一个数组,通过索引来访问。若为非静态方法,则加入一个隐含的引用参数 this,该参数指向调用这个方法的对象。而静态方法则没有this参数。因此,在静态方法里无法访问对象信息。

(2):操作数栈也是一个数组,但是通过栈操作来访问。所谓操作数是那些被指令操 作的数据。
当需要对参数操作时如 a=b+c,就将即将被操作的参数压栈,如将 b 和 c 压栈,
然后由操作指令将它们弹出,并执行操作。虚拟机将操作数栈作为工作区。
(3):帧数据区处理常量池解析,异常处理等

3:堆内存

堆内存用来存放由 new 创建的对象和数组。在堆中分配的内存,由 Java 虚拟机的自动垃圾回收器来管理。

在堆中产生了一个数组或对象后,还可以在栈中定义一个特殊的变量,

让栈中这个变量的取值等于数组或对象在堆内存中的首地址,栈中的这个变量就成了数组或对象的引用变量。

引用变量就相当于是为数组或对象起的一个名称, 以后就可以在程序中使用栈中的引用变量来访问堆中的数组或对象。


4:本地方法栈内存
与调用的本地方法的语言相关,如:调用的是一个c语言方法则为一个c栈。
本地方法可以回调java方法。若有java方法调用本地方法,虚拟机就运行这个本地方法。
在虚拟机看来运行这个本地方法就是执行这个java方法,
如果本地方法抛出异常,虚拟机就认为是这个java方法抛出异常。
Java通过Java本地接口JNI(Java Native Interface)来调用其它语言编写的程序,
在Java里面用native修饰符来描述一个方法是本地方法。



栈内存中的数据全部被释放（所以说栈内存中的数据的生命周期是已知并固定的，因为随着方法的执行结束，栈内存便会进行释放）；

堆内存中的Person对象，现已没有任何对象引用指向它，所以它将被视作内存中的“垃圾”，等待回收。（堆内存中的数据由java的垃圾回收机制自动进行处理，所以其生命周期不确定）

由图中也可以看到：

类的方法会进行压栈和弹栈，对应的，方法中用到的参数（变量）便会相应的在栈内存中进行存储和释放。所以栈内存用于存放局部变量（包括基本类型和引用类型）。

类的对象会被存放到堆内存中，相应的该对象所包含的成员变量也会被存放到该空间。

类本身将在jvm通过.class运行该类时就会被加载到内存中的方法区内，顾名思义，
方法区用于保存类的方法代码，其中普通方法被存放在非静态区，静态成员（方法和变量）被存放在方法区中专门的静态区当中。

栈内存是方法的运行区域（因为方法中定义的局部变量需要在栈里开辟空间），方法区是方法的存放区域。

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Java语言是支持多线程的，为了解决线程并发的问题，在语言内部引入了 同步块(synchronized) 和 volatile 关键字机制。

synchronized

通过 synchronized 关键字来实现，所有加上synchronized 和 块语句，在多线程访问的时候，同一时刻只能有一个线程能够用.

volatile

 

用volatile修饰的变量，都会强制线程每次读取该值的时候都去“主内存”中取值。

每一个线程运行时都有一个线程栈，线程栈保存了线程运行时候变量值信息。当线程访问某一个对象时候值的时候，首先通过对象的引用找到对应在堆内存的变量的值，然后把堆内存,变量的具体值load到线程本地内存中，建立一个变量副本，之后线程就不再和对象在堆内存变量值有任何关系，而是直接修改副本变量的值，在修改完之后的某一个时刻（线程退出之前），自动把线程变量副本的值回写到对象在堆中变量。这样在堆中的对象的值就产生变化了。

 

public class Define extends Thread{
    boolean flag = false;
    int i = 0;
    public void run(){
        while (!flag){
            i++;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Define vt = new Define();
        vt.start();
        System.out.println(vt.i);
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println(vt.i);
        vt.flag = true;
        System.out.println("vt.flag:" + vt.flag);
        System.out.println("stope " + vt.i);

    }


}

0
851333907
vt.flag:true
stope 851368094

程序并没有退出。vt线程仍然在运行，也就是说我们在主线程设置的 vt.flag = true;没有起作用。

为什么我在主线程（main）中设置了vt.flag = true; 而vt线程在进行判断flag的时候拿到的仍然是false?

 首先 vt线程在运行的时候会把 变量 flag 与 i (代码3,4行)从“主内存”  拷贝到 线程栈内存（上图的线程工作内存）

 然后 vt线程开始执行while循环 ;while (!flag)进行判断的flag 是在线程工作内存当中获取，而不是从 “主内存”中获取。

i++; 将线程内存中的i++; 加完以后将结果写回至 "主内存"，如此重复。

vt.flag = true;

主线程将vt.flag的值同样 从主内存中拷贝到自己的线程工作内存 然后修改flag=true. 然后再将新值回到主内存。

这就解释了为什么在主线程（main）中设置了vt.flag = true; 而vt线程在进行判断flag的时候拿到的仍然是false。那就是因为vt线程每次判断flag标记的时候是从它自己的“工作内存中”取值，而并非从主内存中取值！

这也是JVM为了提高性能而做的优化。那我们如何能让vt线程每次判断flag的时候都强制它去主内存中取值呢。这就是volatile关键字的作用。

public class Define extends Thread{
    volatile boolean flag = false;
    int i = 0;
    public void run(){
        while (!flag){
            i++;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Define vt = new Define();
        vt.start();
        System.out.println(vt.i);
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println(vt.i);
        vt.flag = true;
        System.out.println("vt.flag:" + vt.flag);
        System.out.println("stope " + vt.i);

    }


}

D:\Java\jdk1.8.0_261\bin\java.exe "-javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA Community Edition 2020.1.2\lib\idea_rt.jar=63412:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA Community Edition 2020.1.2\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\charsets.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\deploy.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\cldrdata.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\dnsns.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\jaccess.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\jfxrt.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\localedata.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\nashorn.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\sunec.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\zipfs.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\javaws.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\jce.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\jfr.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\jfxswt.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\jsse.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\management-agent.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\plugin.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\resources.jar;D:\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\rt.jar;D:\prestocode\presto\HelloWorld\out\production\HelloWorld Define
0
983572341
vt.flag:true
stope 983739520

Process finished with exit code 0

在flag前面加上volatile关键字，强制线程每次读取该值的时候都去“主内存”中取值，执行程序，已经正常退出了。