java虚拟机栈（优点、设置栈内存大小、栈存储及运行原理）

1. 虚拟机栈

• 优点是跨平台，指令集小，编译器容易实现，缺点是性能下降，实现同样的功能需要更多的指令。
• 栈是运行时的单位，而堆是存储的单位

• Java虚拟机栈（Java virtual Machine stack），早期也叫Java栈。每个线程在创建时都会创建一个虚似机栈，其内部保存一个个的栈帧(stack Frame） ，对应着一次次的Java方法调用。
• 虚拟机栈的生命周期和线程一致
• 作用：主管Java程序的运行，它保存方法的局部变量、部分结果，并参与方法的调用和返回。

1.1 优点

• 栈是一种快速有效的分配存储方式，访问速度仅次于程序计数器
• JVM直接对Java栈的操作只有两个：
  1. 每个方法执行，伴随着进栈(入栈、压栈)
  2. 执行结束后的出栈工作
• 对于栈来说不存在垃圾回收问题

1.2 Java虚拟机可能出现的异常

• java虚拟机规范允许java栈的大小是动态的或者是固定不变的

  • 如果采用固定大小的Java虚拟机栈，那每一个线程的Java虚拟机栈容量可以在线程创建的时候独立选定。如果线程请求分配的栈容量超过Java虚拟机栈允许的最大容量，Java虚拟机将会抛出一个stackoverflowError异常。
  • 如果Java虚拟机栈可以动态扩展，并且在尝试扩展的时候无法中请到足够的内存，或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈，那Java虚拟机将会抛出一个OutOfMemoryError异常。

  public class StackOverflowErrorTest {
          
      public static void main(String[] args) {
          
          main(args);
      }
  }
  

  报错：

  Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
  

1.3 设置栈内存大小

• 我们可以使用参数-Xss选项来设置线程的最大栈空间，栈的大小直接决定了函数调用的最大可达深度。

  在idea中的编辑：单位可为k/K、m/M、g/G
  
  

1.4 栈存储的内容

• 每个线程都有自己的栈，栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格式存在的。
• 在这个线程上正在执行的每个方法都各自对应一个栈帧（stack Frame）。方法执行，栈帧入栈；方法结束，栈帧出栈
• 栈帧是一个内存区块，是一个数据集，维系着方法执行过程中的各种数据信息。

1.5栈运行原理

• JVM直接对Java栈的操作只有两个，就是对栈帧的压栈和出栈，遵循“先进后出”/“后进先出”原则。

• 在一条活动线程中，一个时间点上，只会有一个活动的栈似。即只当前正在执行的方法的栈帧（栈顶栈帧）是有效的，这个栈帧被称为当前栈帧(Current Frame)，与当前栈帧相对应的方法就是当前方法(Current Method），定义这个方法的类就是当前类（current class） 。

• 执行引擎运行的所有字节码指令只针对当前栈帧进行操作。

• 如果在该方法中调用了其他方法，对应的新的栈帧会被创建出来，放在栈的顶端，成为新的当前帧。

  public class StackFrameTest {
          
      public static void main(String[] args) {
          
          StackFrameTest stackFrameTest = new StackFrameTest();
          stackFrameTest.method1();
      }
  
      public void method1(){
          
          System.out.println("method1()开始执行");
          method2();
          System.out.println("method1()执行结束");
      }
      public int method2(){
          
          System.out.println("method2()开始执行");
          int i = 100;
          int m = (int)method3();
          System.out.println("method2()即将结束");
          return i + m;
      }
      public double method3(){
          
          System.out.println("method3()开始执行");
          double j = 3.1;
          System.out.println("method3()即将结束");
          return j;
      }
  }
  

  运行结果：

  method1()开始执行  //-->方法一入栈，成为当前方法
  method2()开始执行  //-->方法二入栈，成为当前方法
  method3()开始执行  //-->方法三入栈，成为当前方法
  method3()即将结束  //-->方法三出栈，方法二成为当前方法
  method2()即将结束  //-->方法二出栈，方法三成为当前方法
  method1()执行结束  //-->main方法结束，主线程结束，栈消失
  

  • 不同线程中所包含的栈帧是不允许存在相互引用的，即不可能在一个栈帧之中引用另外一个线程的栈帧。（可以在方法去或堆中互相访问）
  • 如果当前方法调用了其他方法，方法返回之际，当前栈帧会传回此方法的执行结果给前一个栈帧，接着，虚拟机会丢弃当前栈帧，使得前一个栈帧重新成为当前栈帧。
  • Java方法有两种返回函数的方式，一种是正常的函数返回，使用return指令；另外一种是抛出异常。不管使用哪种方式，都会导致栈帧被弹出。