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并发学习之synchronized，JVM内存图，线程基础知识

news 来源：原创 2025/6/8 9:17:09

文章目录

  • Java内存图
    • 内存图区域介绍
    • 执行流程
  • 进程和线程
    • 概念解释
    • 线程的6种状态
    • 简述等待队列和同步队列（阻塞队列）
    • 线程之间是独立的
  • synchronized
    • 静态方法
    • 非静态方法
    • 代码块

知识总结：

  • 方法区存储类信息
  • 正在执行的程序叫进程，进程会开辟内存空间
  • 程序的执行过程 ：线程
  • 线程的执行-----》方法的入栈出栈
  • Java创建线程-----》Java创建一个又一个栈

Java内存图

Java内存的主要组成部分：

  • 虚拟机栈
  • 堆区
  • 方法区
  • 本地方法栈
  • 程序计数器

在这里插入图片描述

内存图区域介绍

  1. 虚拟机栈：每个线程都会有自己的虚拟机栈，是线程私有的区域。
    • 虚拟机栈主要用于存储栈帧，每个方法被调用时都会创建一个表栈帧。栈帧包含方法的局部变量，操作数栈和其他等。
      • 操作数栈：主要用于 方法执行过程中的数据计算和临时存储。它的行为类似于传统CPU的 运算寄存器，但采用 栈结构（LIFO） 来存储和操作数据。
  2. **堆：**堆是一个线程共享区域，是Java内存管理的核心区域。
    • 通过new关键字创建的对象实例和数组都存储在堆中。
  3. 方法区：方法区是一个线程共享区域，主要用于存储类的相关信息，比如类的字段，方法的定义，常量等。
    • 常量池：常量池位于方法区中，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用。
      • 字面量：指的是在源代码中直接给出的数据值，比如直接写在源代码中的数字，字符串，字符，布尔值等。他们是常量的直观表达方式，在编译阶段就会确定下来。例如：在int num = 10;10为整形字面量。在String str = "hello"中，“hello”为字符串字面量。
      • 符号引用：符号引用是一种间接引用，它在编译时用于表示类、方法、字段等在常量池中的引用。符号引用主要包括类和接口的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符等信息。这些信息在编译阶段被存储在常量池中，用于在运行时解析和定位实际的类、方法和字段等实体。（符号引用是在编译阶段放到常量池的。）
  4. **本地方法栈：**是线程的私有区域，主要为Native方法（使用非Java语言编写的方法，如C/C++）提供服务，用于存储Native方法的调用栈信息，支持Java程序对Native的调用。
  5. **程序计数器：**每个线程都有一个程序计数器，是线程的私有区域。主要用于存储线程正在执行的字节码指令的地址，使得线程能够按照正确的顺序执行字节码指令，当线程执行Java方法时，程序计数器记录当前执行的字节码地址；执行Native方法时，程序计数器的值为undefined。

执行流程

  1. 编译：.java 到.class 的过程叫编译 。在这个过程中，Java 编译器（如 javac 命令 ）对.java 源文件进行词法分析、语法分析、语义分析等操作，将符合 Java 语法规则的代码转换为字节码形式的.class 文件。字节码是一种与平台无关的中间代码，可被 Java 虚拟机（JVM）识别并执行，从而实现 “一次编写，到处运行” 的特性 。

  2. **类加载：**Java 虚拟机（JVM）将.class 字节码文件加载到内存中，此过程由类加载器完成。

    • 加载时会检查字节码文件的格式等是否正确，然后在方法区创建对应的类模板，存放类的结构信息，比如字段、方法等。例如 Demo.class 会被加载，其类信息放入方法区。

  3. 连接

    • 验证：确保被加载的类字节码文件符合 JVM 规范，比如文件格式、语义等方面的校验，保障程序运行安全。
    • 准备：为类的静态变量分配内存并设置默认初始值，如静态变量 static int num; 此时会被赋予默认值 0 。
    • 解析：将常量池中的符号引用转换为直接引用，使 JVM 能直接定位到类、方法、字段等实体。

  4. 初始化

    对类的静态变量赋予程序员设定的初始值，执行静态代码块。若有多个静态变量和静态代码块，按代码中出现的顺序执行初始化操作。

  5. 执行

    • 程序从 main 方法开始执行，在虚拟机栈中为 main 方法创建栈帧。栈帧里存放局部变量、操作数栈等信息。执行过程中，遇到对象创建指令，会在堆中分配内存创建对象。比如执行到 new 关键字时，就在堆中开辟空间构建对象实例。
    • 当调用其他方法时，为被调用方法创建新栈帧并压入虚拟机栈，方法执行完，对应栈帧弹出，返回上一层调用方法继续执行。

进程和线程

概念解释

  1. 进程：进程是正在执行的程序的实例。
    • 进程是资源分配的基本单位。
    • 不同进程之间内存隔离（一个进程崩溃通常不会影响其他进程）。
    • 启动一个Java程序时，JVM就是一个进程。
  2. 线程：线程是进程内的执行单元，负责执行程序代码。一个进程可以包含多个线程，所有线程共享进程的内存空间（如堆、方法区），但每个线程有自己的栈。
    • Java创建一个线程就是在虚拟机栈中创建一个又一个栈。
    • 线程是CPU调度的基本单位。
    • 线程共享进程资源，但有自己的程序计数器、栈和局部变量。
  3. 线程的执行 → 方法的入栈出栈
    • 栈（Stack）：每个线程拥有独立的栈，用于存储方法调用的上下文（局部变量、方法参数、返回地址等）。
    • 入栈（Push）：调用方法时，JVM会创建一个栈帧（Stack Frame）并入栈。
    • 出栈（Pop）：方法执行完毕后，栈帧被弹出，控制权返回给调用者。

线程的6种状态

  1. 新建

    • 描述：线程创建但未被启动。

    • 触发条件：

      Thread thread = new Thread(); // 此时状态为 NEW（新建）

  2. 可运行/就绪

    • 线程已启动，正在 JVM 中执行或等待 CPU 调度。

    • 包含两种情况：

      • Ready：等待操作系统分配 CPU 时间片。
      • Running：正在执行。

    • 触发条件：

      thread.start(); // 进入 RUNNABLE 状态

  3. BLOCKED（阻塞）

    • 描述：线程因竞争 同步锁 被阻塞（如 synchronized）。是被动的。
    • 触发条件：
      • 线程尝试获取一个已被其他线程持有的锁。

  4. WAITING（无限等待）

    • 描述：线程主动进入等待状态，直到被其他线程显式唤醒。
    • 触发方法：
      • Object.wait()（未指定超时）
      • Thread.join()（未指定超时）
      • LockSupport.park()

  5. TIMED_WAITING（超时等待）

    • 描述：线程主动进入限时等待状态，超时后自动唤醒。
    • 超时后进入就绪态
    • 触发方法：
      • Thread.sleep(long millis)
      • Object.wait(long timeout)
      • Thread.join(long millis)
      • LockSupport.parkNanos()

  6. TERMINATED（终止）

    • 描述：线程执行完毕或异常退出。
    • 触发条件：
      • run() 方法执行结束。
      • 线程抛出未捕获异常。

简述等待队列和同步队列（阻塞队列）

特性等待队列（Wait Queue）同步队列（Sync Queue）
触发条件调用 Object.wait()竞争锁失败（如 synchronized、lock.lock()）
是否释放锁是（wait() 会释放锁）否（线程仍持有竞争资格）
唤醒机制需 notify()/notifyAll()锁释放后自动唤醒队头线程
典型应用生产者-消费者模型ReentrantLock、synchronized

线程之间是独立的

在这里插入图片描述

  • 线程之间是相互独立的，main，t1,t2相互独立，结果会立马输出0，不会管t1,t2线程的任务是否执行完
  • 输出结果为0
  • 加上t1.join()和t2.join()方法，就会等待t1,t2线程执行完毕再输出，结果将不再是0。由于两个线程之间会相互覆盖，最终结果也会小于2000000。

synchronized

  • 加在静态方法上：锁定的是类
  • 加在非静态方法：锁定的是方法的调用者，当前实例。
  • 修饰代码块：锁定的是传入的对象

静态方法

public class Test {public static void main(String[] args) {Thread thread = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {SyncTest.test();}});Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {SyncTest.test();}});thread.start();thread1.start();}
}
public class SyncTest {public static void test(){System.out.println("进入静态方法锁"+Thread.currentThread().getName());//模拟耗时操作try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}System.out.println("静态方法锁结束"+Thread.currentThread().getName());}
}

结果（执行顺序不定）：

在这里插入图片描述

非静态方法

两个线程操作不同实例时不会阻塞，操作同一实例时会阻塞。

下面这个例子Thread-2必须等待Thread-0释放锁。

public class Test {public static void main(String[] args) {SyncTest syncTest1 = new SyncTest();SyncTest syncTest2 = new SyncTest();Thread thread = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {syncTest1.test1();}});Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {syncTest2.test1();}});Thread  thread2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {syncTest1.test1();}});thread.start();thread1.start();thread2.start();}
}
public synchronized void test1()
{System.out.println("进入同步方法锁"+Thread.currentThread().getName());//模拟耗时操作try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}System.out.println("同步方法锁结束"+Thread.currentThread().getName());
}
输出：
进入同步方法锁Thread-0
进入同步方法锁Thread-1
同步方法锁结束Thread-1
同步方法锁结束Thread-0
进入同步方法锁Thread-2
同步方法锁结束Thread-2

代码块

锁的是传入的对象，两个线程使用不同锁对象时不会阻塞，使用相同锁对象时会阻塞。

下面这个例子Thread-2必须等待Thread-0释放锁。

public class SyncTest {private final Object lock1 = new Object();private final Object lock2 = new Object();public void customLock1() {synchronized (lock1) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入 lock1 代码块");try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 离开 lock1 代码块");}}public void customLock2() {synchronized (lock2) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入 lock2 代码块");try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 离开 lock2 代码块");}}}public class Test {public static void main(String[] args) {SyncTest instance  = new SyncTest();Thread thread = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {instance.customLock1();}});Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {instance.customLock2();}});Thread  thread2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {//锁住的是同一个对象,会阻塞instance.customLock1();}});thread.start();thread1.start();thread2.start();}
}
输出：
Thread-1 进入 lock2 代码块
Thread-0 进入 lock1 代码块
Thread-0 离开 lock1 代码块
Thread-1 离开 lock2 代码块
Thread-2 进入 lock1 代码块
Thread-2 离开 lock1 代码块

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编程日记 2025/5/24 23:27:34

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我正在参加CodeBuddy「首席试玩官」内容创作大赛&#xff0c;本文所使用的 CodeBuddy 免费下载链接&#xff1a;腾讯云代码助手 CodeBuddy - AI 时代的智能编程伙伴 你好&#xff0c;我是悟空。 前言 小时候看到村里的大朋友家里都有一款 FC 游戏机&#xff0c;然后旁边还放…...

编程日记 2025/5/28 8:10:26

鸿蒙ArkUI体验：Hexo博客客户端开发心得

最近部门也在跟进鸿蒙平台的业务开发&#xff0c;自己主要是做 Android 开发&#xff0c;主要使用 Kotlin/Java 语言。&#xff0c;需要对新的开发平台和开发模式进行学习&#xff0c;在业余时间开了个项目练手&#xff0c;做了个基于 Hexo 博客内容开发的App。鸿蒙主要使用Ark…...

编程日记 2025/5/29 17:52:42

人工智能100问☞第25问：什么是循环神经网络（RNN）？

目录 一、通俗解释 二、专业解析 三、权威参考 循环神经网络（RNN）是一种通过“记忆”序列中历史信息来处理时序数据的神经网络，可捕捉前后数据的关联性，擅长处理语言、语音等序列化任务。 一、通俗解释 想象你在和朋友聊天，每说一句话都会根据之前的对话内容调整语气…...

编程日记 2025/5/18 13:17:33

【springcloud学习(dalston.sr1)】Zuul路由访问映射规则配置及使用（含源代码）（十二）

该系列项目整体介绍及源代码请参照前面写的一篇文章【springcloud学习(dalston.sr1)】项目整体介绍&#xff08;含源代码&#xff09;&#xff08;一&#xff09; springcloud学习&#xff08;dalston.sr1&#xff09;系统文章汇总如下&#xff1a; 【springcloud学习(dalston…...

编程日记 2025/5/18 13:17:31

STM32IIC协议基础及Cube配置

STM32IIC协议基础及Cube配置 一&#xff0c;IC协议简介1&#xff0c;核心特点2&#xff0c;应用场景 二&#xff0c;IC协议基础概念1&#xff0c;总线结构2&#xff0c;主从架构3&#xff0c;设备寻址4&#xff0c;起始和停止条件5&#xff0c;数据传输6&#xff0c;应答机制 三…...

编程日记 2025/5/30 0:31:08

Python异常模块和包

异常 当检测到一个错误时&#xff0c;Python解释器就无法继续执行了&#xff0c;反而出现了一些错误的提示&#xff0c;这就是所谓的“异常”, 也就是我们常说的BUG 例如&#xff1a;以r方式打开一个不存在的文件。 f open(‘python1.txt’,‘r’,encoding‘utf-8’) 当我们…...

编程日记 2025/5/22 21:01:04

每日算法刷题Day9 5.17:leetcode定长滑动窗口3道题，用时1h

9. 1652.拆炸弹(简单&#xff0c;学习) 1652. 拆炸弹 - 力扣&#xff08;LeetCode&#xff09; 思想 为了获得正确的密码&#xff0c;你需要替换掉每一个数字。所有数字会 同时 被替换。 如果 k > 0 &#xff0c;将第 i 个数字用 接下来 k 个数字之和替换。如果 k < 0…...

编程日记 2025/6/2 8:32:06

题单：递归求和

宣布一个重要的事情&#xff0c;我的洛谷有个号叫 题目描述 给一个数组 a:a[0],a[1],...,a[n−1]a:a[0],a[1],...,a[n−1] 请用递归的方式出数组的所有数之和。 提示&#xff1a;递推方程 f(x)f(x−1)a[x]f(x)f(x−1)a[x]; 输入格式 第一行一个正整数 n (n≤100)n (n≤100)…...

编程日记 2025/5/18 13:12:14

手动实现 Transformer 模型

本文使用 Pytorch 库手动实现了传统 Transformer 模型中的多头自注意力机制、残差连接和层归一化、前馈层、编码器、解码器等子模块&#xff0c;进而实现了对 Transformer 模型的构建。 """ Title: 解析 Transformer Time: 2025/5/10 Author: Michael Jie &quo…...

编程日记 2025/6/1 0:33:20

【鸿蒙开发避坑】使用全局状态变量控制动画时，动画异常甚至动画方向与预期相反的原因分析以及解决方案

【鸿蒙开发避坑】使用全局状态变量控制动画&#xff0c;动画异常甚至动画方向相反的原因分析以及解决方案 一、问题复现1、问题描述2、问题示意图 二、原因深度解析1、查看文档2、调试3、原因总结&#xff1a;&#xff08;1&#xff09;第一次进入播放页面功能一切正常的原因&a…...

编程日记 2025/5/18 13:11:11

天拓四方锂电池卷绕机 PLC 物联网解决方案

近年来&#xff0c;锂电制造行业作为新能源领域的核心支柱产业&#xff0c;呈现出迅猛发展的态势&#xff0c;市场需求持续高涨。在此背景下&#xff0c;行业内对产品质量、生产效率以及成本控制等方面提出了更为严苛的要求。锂电制造流程涵盖混料、涂布、辊压、分切、制片、卷…...

编程日记 2025/5/18 13:11:09

RFID系统：技术解析与应用全景

一、技术架构与运行逻辑 RFID&#xff08;Radio Frequency Identification&#xff09;系统通过无线电波实现非接触式数据交互&#xff0c;其核心由三部分组成&#xff1a; 电子标签&#xff08;Tag&#xff09;&#xff1a; 无源标签&#xff1a;依赖读写器电磁场供电&…...

编程日记 2025/6/2 4:40:50