浅析Java内存模型与垃圾回收

1. Java内存模型

Java内存模型（Java Memory Model，JMM）定义了Java程序中线程如何与内存交互的规范。它确保了多线程环境下的可见性、有序性和原子性。

1.1 主内存与工作内存

Java内存模型中有两个重要的概念：主内存和工作内存。

• 主内存是所有线程共享的内存区域，包含了所有的变量。
• 每个线程都有自己的工作内存，工作内存是线程私有的，存储了主内存中的部分变量副本。

1.2 内存间的交互操作

Java内存模型定义了一些规则，用于控制主内存和工作内存之间的交互操作。

• 写操作：当线程对变量进行写操作时，首先将变量的值更新到自己的工作内存中，然后再将工作内存中的值刷新到主内存中。
• 读操作：当线程对变量进行读操作时，首先将变量的值从主内存中读取到自己的工作内存中，然后再使用工作内存中的值进行操作。

1.3 内存间的可见性、有序性和原子性

Java内存模型保证了以下三个特性：

• 可见性：当一个线程对变量进行写操作后，其他线程能够立即看到这个变量的最新值。
• 有序性：Java内存模型禁止指令重排序，保证了程序执行的顺序与代码的顺序一致。
• 原子性：Java内存模型提供了一些原子操作，保证了多线程环境下的原子性操作。

2. 垃圾回收

垃圾回收是Java虚拟机自动管理内存的一种机制。它通过自动回收不再使用的对象，释放内存空间，避免了手动释放内存的繁琐操作。

2.1 垃圾回收算法

Java虚拟机使用了不同的垃圾回收算法，包括标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法等。

• 标记-清除算法：首先标记所有活动对象，然后清除未标记的对象。
• 复制算法：将内存分为两个区域，每次只使用其中一个区域，当一个区域满了之后，将存活的对象复制到另一个区域，然后清除当前区域中的所有对象。
• 标记-整理算法：首先标记所有活动对象，然后将所有活动对象向一端移动，然后清除未移动的对象。

2.2 垃圾回收器

Java虚拟机提供了不同的垃圾回收器，用于执行垃圾回收算法。

• Serial收集器：单线程执行垃圾回收，适用于小型应用。
• Parallel收集器：多线程执行垃圾回收，适用于多核处理器。
• CMS收集器：并发标记-清除算法，减少垃圾回收的停顿时间。
• G1收集器：分代收集算法，将堆内存划分为多个区域，每个区域独立进行垃圾回收。

3. 示例说明

3.1 内存可见性示例

public class VisibilityExample {
    private static boolean flag = false;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            while (!flag) {
                // do something
            }
            System.out.println(\"Flag is now true\");
        }).start();

        Thread.sleep(1000);
        flag = true;
    }
}

在上述示例中，主线程将flag设置为true，但是子线程可能无法立即看到这个变化。这是因为没有使用同步机制来保证可见性。可以通过使用volatile关键字修饰flag变量来解决这个问题。

3.2 垃圾回收示例

public class GarbageCollectionExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();

        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            list.add(i);
        }

        list = null; // 将list置为null，使其成为垃圾对象

        // 执行垃圾回收
        System.gc();
    }
}

在上述示例中，当list对象不再被引用时，将其置为null，使其成为垃圾对象。然后通过调用System.gc()方法执行垃圾回收，释放list占用的内存空间。

以上是对Java内存模型与垃圾回收的浅析，希望能对你有所帮助。