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Java 虛擬機(jī)棧詳解分析

更新時(shí)間：2021年11月08日 10:30:11 作者：小小奶酪可笑可笑

在線(xiàn)程創(chuàng)建時(shí)，JVM會(huì)為每個(gè)線(xiàn)程創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的?？臻g。JVM的棧內(nèi)存不需要是連續(xù)的。JVM在棧上會(huì)進(jìn)行兩個(gè)操作：壓入和彈出棧幀。對(duì)于一個(gè)特定的線(xiàn)程來(lái)說(shuō)，棧被稱(chēng)為運(yùn)行時(shí)棧。這個(gè)線(xiàn)程調(diào)用的每個(gè)方法會(huì)被存儲(chǔ)在響應(yīng)的運(yùn)行時(shí)棧里，包括了參數(shù)，局部變量，計(jì)算媒介和其他數(shù)據(jù)

Java虛擬機(jī)棧

1. 定義

棧：線(xiàn)程運(yùn)行時(shí)需要的內(nèi)存空間，一個(gè)棧存在多個(gè)棧幀。棧具有先入后出，后入先出的特點(diǎn)。
棧幀：每個(gè)方法運(yùn)行時(shí)需要的內(nèi)存（局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接和方法返回值等信息。），每次調(diào)用一個(gè)方法，便會(huì)將棧幀壓入棧中，方法執(zhí)行完畢將棧幀從棧頂壓出
活動(dòng)棧幀：指在棧頂?shù)臈日谡{(diào)用的方法，每個(gè)線(xiàn)程只能有一個(gè)活動(dòng)棧幀，對(duì)應(yīng)著該線(xiàn)程正在調(diào)用的那個(gè)方法

現(xiàn)在我們用代碼來(lái)演示一下Java虛擬機(jī)如何將棧幀壓入及壓出棧中

 public class Main {
     public static void main(String[] args) {
         method1();
     }
     
     private static void method1() {
         method2(1, 2);
     }
     
     private static int method2(int a, int b) {
         int c = a + b;
         return c;
     }
 }

當(dāng)我們運(yùn)行Main函數(shù)時(shí)，jvm首先將棧幀Main壓入棧中，此視棧結(jié)構(gòu)如圖所示

Main函數(shù)體中調(diào)用了method1方法，此時(shí)便會(huì)將棧幀1壓入棧中

method1方法體中調(diào)用了method2方法，這時(shí)jvm會(huì)將棧幀2壓入棧結(jié)構(gòu)中，需要注意的是，前面我們提到了棧幀由 “局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接和方法返回值”等信息組成，method2方法中擁有a，b兩個(gè)參數(shù)以及局部變量c和方法返回值

當(dāng)method2方法執(zhí)行完后，會(huì)將棧幀2從棧頂彈出

method1方法執(zhí)行完畢后，將棧幀1彈出

依次順序直至線(xiàn)程被銷(xiāo)毀。

注意點(diǎn)

由于每個(gè)棧幀都會(huì)在方法調(diào)用完畢后被彈出，因此棧內(nèi)存不需要進(jìn)行垃圾回收
每個(gè)棧都是線(xiàn)程私有的，每個(gè)線(xiàn)程在創(chuàng)建的時(shí)候都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)虛擬機(jī)棧，而由于物理內(nèi)存是固定的，棧內(nèi)存劃分得越大，可分配的線(xiàn)程數(shù)就越少

2. 棧的線(xiàn)程安全問(wèn)題

局部變量是線(xiàn)程安全的

現(xiàn)在我們定義如下方法：

 public static void method() {
     int a = 0;
     a++;
 }

我們?cè)诜椒╩ethod中定義了一個(gè)局部變量a，并對(duì)其執(zhí)行a++操作，現(xiàn)在假設(shè)我們有兩個(gè)線(xiàn)程同時(shí)調(diào)用了這個(gè)方法（棧幀），Java虛擬機(jī)會(huì)將該棧幀壓入各自線(xiàn)程的棧內(nèi)存中，但由于局部變量表是線(xiàn)程私有的，所以?xún)蓚€(gè)線(xiàn)程在同時(shí)調(diào)用這個(gè)棧幀后，a的值仍然都為1，故局部變量是線(xiàn)程安全的

方法參數(shù)和方法返回值不是線(xiàn)程安全

由于方法的參數(shù)和返回值均可被外部方法所引用，故在某個(gè)線(xiàn)程下某個(gè)方法可以更改另外一個(gè)方法的參數(shù)和返回值，故方法參數(shù)和方法返回值不是線(xiàn)程安全的

3. 棧內(nèi)存溢出

由于程序執(zhí)行時(shí)，虛擬機(jī)給每個(gè)棧分配的棧內(nèi)存空間是固定的，所以在一些情況下有可能出現(xiàn)棧內(nèi)存空間不足，導(dǎo)致溢出的情況，一般有兩種情況可能導(dǎo)致棧內(nèi)存溢出

棧幀過(guò)大（較少出現(xiàn)）
棧幀過(guò)多（一般出現(xiàn)在遞歸時(shí)。沒(méi)有正確設(shè)置遞歸出口）

現(xiàn)在我們來(lái)解釋一下什么時(shí)候會(huì)出現(xiàn)棧幀過(guò)多導(dǎo)致棧內(nèi)存溢出，我們來(lái)假設(shè)某一個(gè)棧的內(nèi)存空間大小是1024kb，現(xiàn)在有四個(gè)棧幀，每個(gè)棧幀的大小均為300kb，而 300 * 4 = 1200kb，而 1200 > 1024 ,很顯然，現(xiàn)在這四個(gè)棧幀合起來(lái)的大小已經(jīng)超過(guò)了這個(gè)棧的內(nèi)存空間大小，這個(gè)時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)棧內(nèi)存溢出，也就是會(huì)報(bào)java.lang.StackOverflowError這個(gè)錯(cuò)誤。