Java 内存模型 (Java Memory Model, JMM) 关注的是并发编程。它定义了多线程环境下，线程如何与主内存交互，以及线程之间如何通过共享变量进行通信的规则。它解决的是可见性、有序性、原子性问题，确保多线程程序的正确性。

JVM 内存结构 (JVM Memory Structure / Runtime Data Areas) 关注的是内存管理。它定义了 JVM 在执行 Java 程序时，如何将操作系统分配给它的一大块内存划分成不同的区域，每个区域有特定的用途（如存放对象、方法调用栈、类信息等）。它解决的是内存分配、回收、布局问题。

Java 内存模型

目的

为 Java 程序在多线程环境下的行为提供一个规范和保证。它规定了线程何时以及如何看到其他线程写入共享变量的值，以及指令执行顺序的约束（即使处理器或编译器进行了重排序）。

核心概念

• 主内存 (Main Memory)： 所有线程共享的内存区域。存储共享变量的“官方”副本。（注意：这是一个逻辑概念，不一定对应物理上的主内存RAM）
• 工作内存 (Working Memory / Thread Local Memory)： 每个线程私有的内存区域。线程对共享变量的所有操作（读取、赋值等）都必须在工作内存中进行，不能直接读写主内存。工作内存保存了该线程使用到的共享变量的主内存副本拷贝。
• 内存屏障 (Memory Barriers / Fences)： JMM 要求在特定操作（如volatile读写、synchronized块进入/退出、final字段初始化完成等）之间插入内存屏障，以禁止特定类型的处理器重排序，并确保工作内存与主内存的及时同步。
• Happens-Before 原则： JMM 的核心理论，定义了一系列保证操作可见性和有序性的规则。如果操作 A happens-before 操作 B，那么 A 所做的修改（对共享变量）一定对 B 可见，且 A 一定排在 B 之前执行（在可见的层面上）。这个关系是判断线程操作是否安全、是否需要同步的主要依据。

关键问题解决：

• 可见性 (Visibility)： 一个线程修改了共享变量，其他线程能立即看到最新值吗？JMM 通过工作内存与主内存的交互规则（如volatile、synchronized、final等关键字触发的同步动作）来保证特定条件下的可见性。
• 有序性 (Ordering)： 代码的执行顺序是否一定就是编写的顺序？编译器和处理器为了优化性能会进行指令重排序。JMM 通过happens-before规则限制重排序，保证在单线程内结果正确（as-if-serial语义），并在多线程下提供必要的顺序保证（如volatile禁止重排序规则、synchronized的互斥性）。
• 原子性 (Atomicity)： 对基本类型（除long/double外）的读写本身是原子的（在 JVM 实现层面通常保证long/double的原子性）。对于更复杂的操作（如i++），需要synchronized或java.util.concurrent.atomic包下的类来保证原子性。（严格来说，原子性是 CPU 指令集层面保证的，JMM 主要关注的是如何利用这些指令和同步机制来构建正确的并发语义）。
• 体现： volatile, synchronized, final, java.util.concurrent包下的锁和原子类等都直接依赖并实现了 JMM 的规则。

JVM 内存结构 (运行时数据区)

• 目的： 描述 JVM 在运行 Java 程序时，其管理的内存是如何划分区域以及这些区域存储什么内容。
• 核心区域： (基于最常见的 HotSpot JVM)
• 程序计数器 (Program Counter Register): 线程私有。指向当前线程正在执行的字节码指令的地址（如果是 Native 方法则为undefined）。它是控制流的基础。
• Java 虚拟机栈 (Java Virtual Machine Stacks): 线程私有。生命周期与线程相同。存储栈帧 (Stack Frame)。每个方法调用会创建一个栈帧并入栈，方法返回或抛出异常时出栈。
• 栈帧 (Stack Frame): 包含：
• 局部变量表 (Local Variable Array): 存储方法参数和方法内部定义的局部变量（基本类型值、对象引用）。
• 操作数栈 (Operand Stack): 用于执行字节码指令时存放临时操作数和中间结果（类似 CPU 的寄存器作用）。
• 动态链接 (Dynamic Linking): 指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，支持方法调用过程中的动态连接。
• 方法返回地址 (Return Address): 方法正常退出或异常退出的地址。
• 本地方法栈 (Native Method Stack): 线程私有。为 JVM 调用 Native (非 Java) 方法服务。具体实现由 JVM 供应商决定，甚至可能和 Java 虚拟机栈合并。
• Java 堆 (Java Heap): 所有线程共享。JVM 管理的最大一块内存。存放对象实例和数组。是垃圾收集器 (Garbage Collector, GC) 管理的主要区域。通常被划分为不同的代（Young/Old Generation）以优化 GC。
• 方法区 (Method Area): 所有线程共享。存储已被 JVM 加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等。逻辑上是堆的一部分，但规范允许独立实现。
• 运行时常量池 (Runtime Constant Pool): 方法区的一部分。存储类文件中的常量池表内容（字面量、符号引用），在类加载后进入运行时常量池。也支持动态添加（如String.intern()）。
• 直接内存 (Direct Memory)： 这不是 JVM 规范定义的内存区域，但非常重要。Java 程序可以通过java.nio包下的ByteBuffer.allocateDirect()方法申请，这块内存由操作系统管理，但 Java 代码可以通过DirectByteBuffer对象间接操作。它避免了在 Java 堆和 Native 堆之间复制数据，提高了 I/O 效率。其大小不受-Xmx等参数限制，但受操作系统内存限制。它的回收依赖于DirectByteBuffer对象本身被 GC 回收时触发的Cleaner机制（或显式调用System.gc()，但不可靠），可能导致OutOfMemoryError: Direct buffer memory。