并发编程——1.java内存图及相关内容

这篇文章，我们来讲一下java的内存图及并发编程的预备内容。

首先，我们来看一下下面的这两段代码：

下面，我们给出上面这两段代码在运行时的内存结构图，如下图所示：

下面，我们来具体的讲解一下。

首先，我们写了一个java程序是以.java的文件形式保存在磁盘中的，当我们运行它的时候，首先，jdk会将其编译为.class文件，用的是javac命令，也是在磁盘中，然后，jre会去运行.class文件，用的是java命令，然后，我们的程序就被运行了，这是整个过程。

当我们需要去运行一个java程序时，或者说，当jdk用javac命令去编译一个.java文件的时候，操作系统就会在内存中开辟一片区域，叫java运行时内存，里面存储我们一个java程序在运行时的所有信息。

java运行时内存中会有方法区，里面存放的是我们类的信息，包括类的成员变量和成员方法。方法区中还有一块叫做静态方法区，里面存放的是我们类中的静态方法。方法区中的内容在类被编译的时候就会生成，生成之后会将类中的静态方法拷贝一份到静态方法区。注意，java中的所有静态资源在类被编译的时候都会被初始化。根据代码我们可以知道，person类中只有m4是静态方法，它会被拷贝到静态方法区中，Test1中所有的方法都是静态方法，都会被拷贝到静态方法区中。

之后会有一块栈区，它是控制方法的执行顺序及变量的定义域。程序是从main方法开始执行的，所以首先main方法入栈，然后main方法中创建了3个person类的实例，即x1，x2，x3，所以java会在堆内存中创建三个实例对象，这三个实例对象会存储类的一切信息，除了静态方法。然后main方法调用m1方法，m1方法入栈，m1方法调用m2方法，m2方法入栈，m2方法调用m3方法，m3方法入栈，m3方法中创建person类的实例x1，所以java在堆内存中创建出实例对象，然后m3方法执行实例x1的m2方法，所以m3方法中的实例x1的m2方法入栈，而该实例的m2方法又调用该类的m1方法，所以该实例的m1方法入栈，等m1执行结束后，x1的m1方法出栈，然后x1的m2出栈，然后Test1的m3出栈，然后Test1的m2出栈，然后Test1的m1出栈，然后回到main方法中再依次往下执行。这就是一个java程序执行的整个流程。

以上的内存模型只是一种简略内存模型，更详细的内存模型大家可以去参考我的JVM系列内容。

上面只是单个线程的，下面来看一下多线程的。

看一下下面的这段代码：

看一下输出结果：

我们结合上面单线程的内存分布，来分析一下这段代码的内存分布：

代码的编译和方法区就不说了，直接从主方法开始说。

代码是从主方法开始运行的，运行主方法的时候，java会在栈区中开辟出主线程栈，然后主方法入栈，执行，执行到第5行的时候，代码new了一个新的线程x1，所以在堆中创建出线程x1的实例，这个实例非常复杂，但是我们可以将他简化为里面有start和run两个方法。创建完成之后，同时，在栈区中创建新的线程x1，在线程x1中，方法run拷贝入栈，准备执行，同时，主线程栈中的代码也会执行，所以就有我们看到的运行结果：线程x1和主线程交替着打印输出。

这样解释可能不好理解，下面换个角度解释一下。

这是我电脑的部分CPU的部分性能信息，我们来看下面的几行信息。

进程，进程的科学定义是：进程是程序在某个数据集合上的一次运行活动，也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。通俗的说：进程就是程序的一次执行过程。进程数213，就是说，当前时刻，我的电脑上有213个程序处于“运行”状态（或者说开着）。

线程，线程是CPU调度的最小单位，简单来说，CPU每次只能运行线程，不能运行进程。线程数3190，就是说当前时刻，我的电脑上一共有3190个线程，并且这3190个线程是分布在213个进程中的（进程是由线程组成的）

句柄，就是变量，句柄107879，就是说当前时刻，我的电脑内存中一个包含107879个变量。

内核，就是CPU的核数，一个CPU有多少核数，那么这个CPU在同一时刻就能执行多少个线程。我的CPU是8核的，说明我的电脑在同一时刻能跑8个线程。

CPU的核数是一定的，线程数是变化的，并且线程数是远远大于核数的，CPU每次只能执行8个线程，那么剩下的线程就只能暂时处于其他状态（这个操作系统中有介绍），但是一台电脑不可能只靠这8个线程来运行，所以CPU是在不停的做线程切换的，也就是说CPU每个线程执行一段时间然后就切换去执行另一个线程，这就是多线程。

明白了这点，我们再看上面的代码，那是两个线程，主线程和x1线程，他们两个竞争者进入CPU，然后被CPU执行，当某个线程被CPU选中时，那个这个线程中的内容就会被执行，但是它不是直接执行完的，而是会有线程的切换，当它被切换出去了，它就不会被执行了，也就不会被打印输出了。这就是上面交替输出的原因。

前面说了线程的切换，线程的状态等内容，这些是操作系统中的，这里只是简单的提到，如果想要具体的了解，可以参考我的操作系统专栏中的内容。

这篇文章比较散，就是讲了一下一个java程序在运行时的内存结构图，然后稍微的提到了多线程。这些都是比较基础的，都是要好好掌握。