java运行时的内存分布与线程同步
在学习线程的时候，肯定会遇到 线程同步 问题
多个并发线程之间按照某种机制协调先后次序执行，当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进行操作，直到该线程完成操作
根据上面的定义我们可以知道，线程同步问题主要是多线程并发情况下如何互斥访问共享资源；在多个线程对同一变量进行读写操作时，如果没有原子性，就可能产生脏数据。实现线程同步有很多的方式，比如同步方法，锁，阻塞队列等。
那么java中的线程是如何访问资源的呢，在学习了一段时间的jvm后，对于线程访问共享资源有了更深的理解
JVM的内存布局
Java虚拟机在运行Java程序时，会把它所管理的内存区域划分为若干个不同的区域，每个区域都有各自的用途；下图是经典的JVM内存布局
线程私有区域
-
程序计数器 (PC): 当前线程所执行的字节码的行号指示器，用于线程切换后能恢复到正确的执行位置
-
Java虚拟机栈: 每个线程都有一个自己的Java栈, 描述了Java方法运行时的内存模型：每个方法在执行时都会创建一个栈帧用于储存局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息；每个方法的从开始调用到执行完成的过程，就是栈帧从入栈到出栈的过程
-
本地方法栈：与JAVA栈类似，区别是使用的对象不一样，本地方法栈是给Native方法使用的，JAVA虚拟机栈是给JAVA方式使用的
线程共享区域
- 堆区(GC堆) : 他是JVM所管理的内存中最大的一块，用于存放new处来的对象实例，被所有线程所共享；由垃圾回收器回收
- 方法区 : 所有线程共享一个内存区；他用于存储已被虚拟机加载的类元信息，静态变量，常量（JDK8后字符串常量已经被移至堆内存），JIT编译后的代码等；Java虚拟机规范规定可以不对方法区进行垃圾回收，当并不是不回收，主要看具体虚拟机的实现，比如可以回收一些废弃常量和无用的类；
多线程访问共享内存
多个线程同时执行同一个方法的时候，出现异常结果的情况:
在没有任何同步机制的情况下，多个线程共享一块内存区域，对其操作；
得到正常结果的情况:
-
不使用共享内存，每个线程内存空间相互独立；
-
多线程共享一块内存区域，但是对这块共享区域加锁访问；
例子
1. 在没有任何同步机制的情况下，多个线程共享一块内存区域，对其操作
对静态变量sum进行操作，静态变量保存在线程共享的内存区域中，多个线程可以同时访问
package com.thread;
/**
* @Author: ranjun
* @Date: 2019/7/22 14:13
*/
public class AddTest {
private static int sum = 0;
/**
* 对静态变量sum进行累加操作
* @param n
* @return
*/
public static int sum(int n){
sum = 0;
for(int i = 0; i <= n; i++){
sum += i;
//让出cpu资源，让其他线程执行；
//可以将下面这段注释掉，如果累加次数足够少时，仍然会得到正确结果(当前线程可以在当前时间片中完成累加操作，并返回值)
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return sum;
}
}
复制代码
写个main函数，定义四个线程，每个线程都调用上面的静态方法，观察运行结果，基本都是错误的：
package com.thread;
/**
* @Author: ranjun
* @Date: 2019/7/22 14:17
*/
public class MainTest {
public static void main(String[] args) {
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
while(true){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +":" +AddTest.sum(100));
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
};
new Thread(runnable).start();
new Thread(runnable).start();
new Thread(runnable).start();
new Thread(runnable).start();
}
}
复制代码
部分运行结果，都是错的
Thread-3:20153 Thread-1:19953 Thread-2:19953 Thread-0:20153 Thread-1:18510 Thread-3:18510 复制代码
原因：多个线程同时对静态全局变量s进行操作导致；
ps：这里的例子是静态全局变量s，其实有很多种情况会引起结果异常问题，如在main方法中new出了一个对象，new出来的对象是存放在堆中的，多个线程共享，此时如果多线程同时操作该对象的话，也是有可能产生错误结果；
2. 不使用共享内存，每个线程内存空间相互独立
修改静态sum方法，使用局部变量sum，如下：
public static int sum(int n){
int sum = 0;
for(int i = 0; i <= n; i++){
sum += i;
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return sum;
}
复制代码
运行程序，结果正确：
Thread-3:5050 Thread-1:5050 Thread-2:5050 Thread-0:5050 Thread-0:5050 Thread-1:5050 Thread-2:5050 Thread-3:5050 复制代码
3. 多线程共享一块内存区域，但是对这块共享区域加锁访问
public synchronized static int sum(int n){
sum = 0;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
sum += i;
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return sum;
}
复制代码
运行程序，结果正确:
Thread-1:5050 Thread-3:5050 Thread-2:5050 Thread-0:5050 Thread-2:5050 复制代码
总结
从上面的例子可以看到，多线程对共享资源的操作结果是难以控制的；所以在多线程编程过程中，我们要知道哪些资源是线程共享的，哪些是线程本地私有的，然后合理的对共享资源进行协调。
正文到此结束
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