【jvm】虚拟机栈

一、背景

• 1.由于跨平台的设计，java的指令是根据栈来设计的
• 2.不同平台cpu架构不同，因此不能设计为基于寄存器的
• 3.优点是跨平台，指令集小，编译器容易实现
• 4.缺点是性能下降，实现同样的功能需要更多的指令

二、栈与堆

• 1.栈是运行时的单位
• 2.堆是存储的单位
• 3.栈解决程序的运行问题，即程序如何执行，如何处理数据
• 4.堆解决数据存储的问题，数据如何放，放在哪
• 5.java虚拟机栈（java virtual machine stack），早期也叫java栈
• 6.每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，虚拟机栈内部保存一个个的栈帧（stack frame）,对应java方法调用
• 7.虚拟机栈是线程私有的

三、声明周期

• 1.生命周期和线程一致

四、作用

• 1.主管java程序的运行，保存方法的局部变量(8种基本数据类型、对象的引用地址)、部分结果，并参与方法的调用和返回

五、特点（优点）

• 1.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
• 2.jvm直接对java栈的操作只有两个：a.每个方法执行，伴随着进栈（入栈、压栈）b.执行结束后的出栈工作
• 3.对于栈来说不存在垃圾回收问题

六、可能出现的异常

• 1.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
• 2.如果采用固定大小的java虚拟机栈，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
• 3.如果java虚拟机栈可以动态扩展，并且在尝试扩展时无法申请到足够的内存，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，java虚拟机栈会抛出一个OutOfMemoryError异常

七、设置栈内存大小

• 1.可以使用参数-Xss选项来设置线程的最大栈空间
• 2.栈大小直接决定了函数调用的最大可达深度
• 3.单位有k(K)、m(M)、g(G)
• 4.linux、macOS、oracle solaris默认1024KB(jdk11)
• 5.windows：默认值取决于虚拟内存
• 6.设置为1024KB有下列写法：-Xss1m、-Xss1024k、-Xss1048576

八、栈的存储单位

• 1.每个线程都有各自的栈，栈中的数据是以栈帧(Stack Frame)的格式存在
• 2.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）
• 3.栈帧是一个内存区块，是一个数据集，维系方法执行过程中的各种数据信息

九、栈运行原理

• 1.jvm直接对java栈的操作只有两个，即对栈帧的压栈和出栈，遵循先进后出、后进先出原则
• 2.在一条活动线程中，一个时间点上，只会有一个活动的栈帧。即只有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）
• 3.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
• 4.如果在该方法调用了其他方法，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
• 5.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
• 6.如果当前方法调用了其它方法，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，然后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
• 7.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（该异常未捕获处理，以抛出异常结束），不管使用哪种方式，都会导致栈帧被弹出

十、栈帧的内部结构

10.1 说明

• 1.每个栈帧中存储着局部变量表（Local Variables）、操作数栈（或表达式栈）（Operand Stack）、动态链接（或指向运行时常量池的方法引用）（Dynamic Linking）、方法返回地址（或方法正常退出或异常退出的定义）（Return Address）、一些附加信息

10.2 局部变量表

• 点我链接

10.3 操作数栈

• 点我链接

10.4 动态链接

• 点我链接

10.5 方法返回地址

• 点我链接

10.6 一些附加信息

• 1. 栈帧中还允许携带与Java虚拟机实现相关的一些附加信息。例如，对程序调试提供支持的信息

十一、代码示例

11.1 StackOverflowError异常演示

package com.learning.stack;

/**
 * @Author wangyouhui
 * @Description StackOverflowError异常
 **/
public class StackOverflowErrorLearning {
    public static void main(String[] args) {
        main(args);
    }
}

11.2 默认情况下深度

package com.learning.stack;

/**
 * @Author wangyouhui
 * @Description StackOverflowError异常
 **/
public class StackOverflowErrorLearning {
    private static int count = 1;
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(count);
        count ++;
        main(args);
    }
}

11.3 栈大小改为-Xss256k的深度