Java内存模型和Java内存区域的区别和联系？
想象一下，咱们写 Java 代码，就像是在指挥一个庞大的工厂生产零件。这个工厂有很多车间（内存区域），每个车间都有自己的特点和作用。而 Java 内存模型，就好比是这个工厂的 “生产规则”，规定了零件（数据）在不同车间之间如何流动、如何被访问，以及什么时候才能保证大家看到的是最新的零件信息。
Java 内存区域：工厂里的那些“车间”
首先，咱们得先弄清楚工厂里都有哪些车间。Java 虚拟机（JVM）在运行的时候，会把内存划分为好几个区域，每个区域都有自己的用途和生命周期：
1. 程序计数器 (Program Counter Register):
这玩意儿可小了，就像工头手里拿着的那个“当前进度表”。它记录着当前线程正在执行的JVM指令的地址。
最关键的是，每个线程都有自己独立的程序计数器，不会被共享。所以，即使多个线程同时跑，各自的进度表也不会乱。
它还是唯一一个不会发生 `OutOfMemoryError` 的区域，因为它太小了，而且是 JVM 自己维护的，不会像堆那么“贪吃”。
2. Java 虚拟机栈 (JVM Stacks):
这就像是每个工人（线程）在自己工位上的“工作台”和“操作手册”。每个线程都有自己独立的虚拟机栈。
栈里的东西叫做“栈帧”（Stack Frame），每一次方法调用都会生成一个新的栈帧，压入到当前线程的栈顶。栈帧里面包含了局部变量表、操作数栈、常量池指针等等，都是方法运行必需的东西。
当方法执行完毕，对应的栈帧就会出栈（销毁）。
如果线程请求的栈深度超过了 JVM 允许的最大值，就会抛出 `StackOverflowError`（栈溢出）。想想看，一个工人不断地把操作手册叠起来，叠到房子都装不下，自然就倒了。
如果线程创建过多，导致无法为新线程创建虚拟机栈，就会抛出 `OutOfMemoryError`（内存溢出）。
3. 本地方法栈 (Native Method Stacks):
这个和虚拟机栈有点像，但它是给那些调用 C/C++ 等本地方法 用的。咱们平时写 Java 代码很少直接接触，但虚拟机内部可能需要调用这些底层的东西。
它同样是线程私有的，所以也存在 `StackOverflowError` 和 `OutOfMemoryError` 的可能性。
4. 堆 (Heap):
这绝对是工厂里最热闹、最大的一块地方，所有线程共享。咱们创建的绝大多数对象，比如 new 出来的各种类实例，都存放在这里。
堆内存是 JVM 内存管理的核心，也是垃圾回收器（GC）主要工作的区域。因为对象太多，分配和释放都很频繁，所以 GC 的任务就是清理那些不再被使用的对象，腾出空间。
如果堆中没有内存可以分配给新的对象，并且垃圾回收也无法回收足够的内存时，就会抛出 `OutOfMemoryError: Java heap space`。这就像工厂的仓库满了，连放新零件的地方都没有了。
堆又可以细分为 新生代（Young Generation）（包含 Eden 区和两个 Survivor 区）和 老年代（Old Generation）。新生代的对象大部分都是临时性的，容易被回收；老年代的对象存活时间比较长，回收的成本也比较高。
5. 方法区 (Method Area) / 或者叫永久代 (PermGen) / 元空间 (Metaspace):
这个区域相对来说比较“冷清”一些，它主要存放一些类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等。
在 JDK 8 之前，方法区是放在 永久代，它和堆一样是 所有线程共享 的，并且有大小限制。如果方法区中的内容过多，也会导致 `OutOfMemoryError: PermGen space`。
从 JDK 8 开始，永久代被 元空间（Metaspace） 取代了，元空间是在 本地内存 (Native Memory) 中分配的，它的容量只受系统可用内存的限制（当然，JVM 也可以配置最大值）。这意味着，即使类信息很多，只要系统内存足够，就不会再因为方法区满而抛出 `OutOfMemoryError: PermGen space` 了（但仍然有可能因为元空间分配失败而抛出 `OutOfMemoryError: Metaspace`）。
静态变量虽然也存在于方法区（或者说，静态变量引用的对象在堆中，但变量本身可能在方法区），但它们的生命周期是伴随类信息的，直到类被卸载。
总结一下内存区域：
线程私有: 程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈。这些区域的内存变化，只对当前线程可见。
线程共享: 堆、方法区（永久代/元空间）。这些区域的内存变化，可能被多个线程观察到。
Java 内存模型：那套“生产规则”
光有了车间还不够，关键是得有规则来管理。Java 内存模型（JMM）就是这套规则，它定义了 Java 程序中各个线程访问共享内存的规则。 JMM 的核心目标是解决多线程并发访问共享数据时出现的 可见性、原子性和有序性 问题。
想想看，如果工厂里每个工人都能随意地修改传送带上的零件，而且自己修改了也不知道别人有没有看到最新的，那多乱啊！
JMM 的核心概念：
1. 主内存 (Main Memory):
可以理解为工厂的 中央仓库。它存放着所有线程共享的数据，比如堆中的对象、静态变量等。
在物理上，它对应的是我们计算机的物理内存。
2. 工作内存 (Working Memory):
这就像是每个工人在自己工位上的 临时“小抽屉”。每个线程在访问主内存中的共享数据时，都会先将数据拷贝一份到自己独立的工作内存中。
这是为了提高效率，CPU 操作自己内存中的数据远比操作主内存快得多。
工作内存中的数据与主内存中的数据可能存在延迟，这是问题的根源。
JMM 要解决的问题和提供的解决方案：
可见性 (Visibility):
问题: 当一个线程修改了共享变量的值，另一个线程是否能立即看到这个修改？
原因: 因为线程都在自己的工作内存中操作数据，修改可能只存在于工作内存，还没有同步回主内存。或者即使同步回了主内存，另一个线程可能还在使用自己工作内存里的旧数据。
解决方案: JMM 通过 `volatile` 关键字 提供了这个保障。当一个变量被声明为 `volatile` 时，对它的写操作会立即刷新到主内存，并且对它的读操作会从主内存中获取最新的值。你可以理解为，`volatile` 变量在读写时，会强制绕过工作内存，直接和主内存交互。
原子性 (Atomicity):
问题: 一个操作是否能被其他线程完全打断？
原因: 某些看起来是一个整体的操作，在 JVM 层面可能被拆分成多个步骤（比如读取变量、修改变量、写回变量）。如果在这个中间过程被其他线程打断，就会出现问题。
解决方案: JMM 提供了 `synchronized` 关键字 和 `Lock` 接口 来保证原子性。当一个线程执行被 `synchronized` 保护的代码块时，它会获取一个锁，其他线程需要等待锁释放才能进入。在这个锁的保护下，代码块内的操作就是一个不可分割的整体。
有序性 (Ordering):
问题: 在多线程环境中，程序的执行顺序是否和代码的先后顺序一致？
原因: 为了提高性能，JVM 和处理器会对指令进行重排序（Reordering），即在不改变程序最终结果的前提下，调整指令的执行顺序。例如，把一个写操作和后面一个读操作的顺序调换一下。
解决方案: JMM 通过 `volatile` 关键字 和 `synchronized` 关键字 来限制指令重排序。
`volatile` 在写操作和读操作之间建立了“happensbefore”关系，保证了在 `volatile` 写操作之后的所有操作，对其他线程可见，并且不会被重排序到 `volatile` 写操作之前。
`synchronized` 块内的所有操作都必须在获得锁后执行，并且在释放锁之前完成，这自然就保证了其内部操作的有序性，并与 `synchronized` 块外的操作形成了一定的“happensbefore”关系。
联系：
1. JMM 是对内存区域的一种抽象和规范： Java 内存模型定义了一套规则，这套规则描述了线程如何与 JVM 的内存区域（特别是堆和工作内存）进行交互。它并不是实际的内存结构，而是 定义了在这些内存区域上操作的语义。
2. 工作内存是 JMM 的一个核心概念，它与实际的内存区域（堆、栈）紧密相关： 当线程访问堆或方法区中的共享数据时，会先将数据拷贝到线程自己的工作内存中进行操作。JMM 的规则就是为了管理好这种工作内存与主内存之间的数据同步和可见性问题。
3. 共享内存区域（堆、方法区）是 JMM 操作的对象： JMM 的可见性、原子性、有序性等问题，都发生在对这些共享内存区域中的数据的访问上。
4. 线程私有区域（栈、程序计数器）不直接受 JMM 可见性、原子性、有序性的影响（因为它们是线程私有的），但它们是线程执行的载体。
简单类比一下：
内存区域 是 工厂的各个车间（生产线、仓库、办公室）。
Java 内存模型 是 工厂的生产管理规定，比如“领料要登记”、“生产好的零件必须放到指定位置”、“生产流程不能随意打断”等等。
主内存 就像是 中央仓库，所有最终的、共享的零件都放在那里。
工作内存 就像是 工人在自己工位上的工具箱和草稿纸，方便他们快速拿取和处理零件。
JMM 的作用就是通过这些“规定”，来确保即使有很多工人在同时工作（多线程），大家都能及时看到生产好的最新零件（可见性），并且不会有人在操作一半的时候被抢走零件（原子性），同时生产流程也能按照预期的顺序进行（有序性）。
所以，内存区域 是 物理（或者说 JVM 逻辑上划分的）存在 的内存空间，而 Java 内存模型 是 一套关于如何在这些空间中安全、高效地并发访问数据的规则和约定。它们是理解 Java 并发编程的基石，缺一不可。
希望我这么一说，能让你对这两个概念有更清晰的认识。如果还有哪里不明白的，尽管再问！
网友意见
感谢大家的认可，我在github上维护的《Java工程师成神之路》目前正在更新中，欢迎关注。
JVM内存结构 VS Java内存模型 VS Java对象模型
Java作为一种面向对象的，跨平台语言，其对象、内存等一直是比较难的知识点。而且很多概念的名称看起来又那么相似，很多人会傻傻分不清楚。比如本文我们要讨论的JVM内存结构、Java内存模型和Java对象模型，这就是三个截然不同的概念，但是很多人容易弄混。
可以这样说，很多高级开发甚至都搞不不清楚JVM内存结构、Java内存模型和Java对象模型这三者的概念及其间的区别。甚至我见过有些面试官自己也搞的不是太清楚。不信的话，你去网上搜索Java内存模型，还会有很多文章的内容其实介绍的是JVM内存结构。
首先，这三个概念是完全不同的三个概念。本文主要对这三个概念加以区分以及简单介绍。其中每一个知识点都可以单独写一篇文章，本文并不会深入介绍，感兴趣的朋友可以加入我的知识星球和球友们共同学习。
JVM内存结构
我们都知道，Java代码是要运行在虚拟机上的，而虚拟机在执行Java程序的过程中会把所管理的内存划分为若干个不同的数据区域，这些区域都有各自的用途。其中有些区域随着虚拟机进程的启动而存在，而有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。在《Java虚拟机规范（Java SE 8）》中描述了JVM运行时内存区域结构如下：
各个区域的功能不是本文重点，就不在这里详细介绍了。这里简单提几个需要特别注意的点：
1、以上是Java虚拟机规范，不同的虚拟机实现会各有不同，但是一般会遵守规范。
2、规范中定义的方法区，只是一种概念上的区域，并说明了其应该具有什么功能。但是并没有规定这个区域到底应该处于何处。所以，对于不同的虚拟机实现来说，是由一定的自由度的。
3、不同版本的方法区所处位置不同，上图中划分的是逻辑区域，并不是绝对意义上的物理区域。因为某些版本的JDK中方法区其实是在堆中实现的。
4、运行时常量池用于存放编译期生成的各种字面量和符号应用。但是，Java语言并不要求常量只有在编译期才能产生。比如在运行期，String.intern也会把新的常量放入池中。
5、除了以上介绍的JVM运行时内存外，还有一块内存区域可供使用，那就是直接内存。Java虚拟机规范并没有定义这块内存区域，所以他并不由JVM管理，是利用本地方法库直接在堆外申请的内存区域。
6、堆和栈的数据划分也不是绝对的，如HotSpot的JIT会针对对象分配做相应的优化。
如上，做个总结，JVM内存结构，由Java虚拟机规范定义。描述的是Java程序执行过程中，由JVM管理的不同数据区域。各个区域有其特定的功能。
Java内存模型
Java内存模型看上去和Java内存结构（JVM内存结构）差不多，很多人会误以为两者是一回事儿，这也就导致面试过程中经常答非所为。
在前面的关于JVM的内存结构的图中，我们可以看到，其中Java堆和方法区的区域是多个线程共享的数据区域。也就是说，多个线程可能可以操作保存在堆或者方法区中的同一个数据。这也就是我们常说的“Java的线程间通过共享内存进行通信”。
Java内存模型是根据英文Java Memory Model（JMM）翻译过来的。其实JMM并不像JVM内存结构一样是真实存在的。他只是一个抽象的概念。JSR-133: Java Memory Model and Thread Specification中描述了，JMM是和多线程相关的，他描述了一组规则或规范，这个规范定义了一个线程对共享变量的写入时对另一个线程是可见的。
那么，简单总结下，Java的多线程之间是通过共享内存进行通信的，而由于采用共享内存进行通信，在通信过程中会存在一系列如可见性、原子性、顺序性等问题，而JMM就是围绕着多线程通信以及与其相关的一系列特性而建立的模型。JMM定义了一些语法集，这些语法集映射到Java语言中就是volatile、synchronized等关键字。
在Java中，JMM是一个非常重要的概念，正是由于有了JMM，Java的并发编程才能避免很多问题。这里就不对Java内存模型做更加详细的介绍了，想了解更多的朋友可以参考《Java并发编程的艺术》。
Java对象模型
Java是一种面向对象的语言，而Java对象在JVM中的存储也是有一定的结构的。而这个关于Java对象自身的存储模型称之为Java对象模型。
HotSpot虚拟机中，设计了一个OOP-Klass Model。OOP（Ordinary Object Pointer）指的是普通对象指针，而Klass用来描述对象实例的具体类型。
每一个Java类，在被JVM加载的时候，JVM会给这个类创建一个instanceKlass，保存在方法区，用来在JVM层表示该Java类。当我们在Java代码中，使用new创建一个对象的时候，JVM会创建一个instanceOopDesc对象，这个对象中包含了对象头以及实例数据。
这就是一个简单的Java对象的OOP-Klass模型，即Java对象模型。
总结
我们再来区分下JVM内存结构、 Java内存模型 以及 Java对象模型 三个概念。
JVM内存结构，和Java虚拟机的运行时区域有关。 Java内存模型，和Java的并发编程有关。 Java对象模型，和Java对象在虚拟机中的表现形式有关。
关于这三部分内容，本文并未分别展开，因为涉及到的知识点实在太多，如果读者感兴趣，可以自行学习。
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