虚拟机栈-01

1. 虚拟机栈概述

虚拟机栈出现的背景

由于跨平台性的设计，Java的指令都是根据栈来设计的。不同平台CPU架构不同，所以不能设计为基于寄存器的。

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。

内存中的栈与堆

栈是运行时的单位，而堆是存储的单位。

即:栈解决程序的运行问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据。堆解决的是数据存储的向题，即数据怎么放、放在哪儿。

虚拟机栈基本内容

• Java虚拟机栈是什么?
  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拟机栈，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。

  • 是线程私有的

• 生命周期
  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(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。

  • 局部变量vs成员变量（或属性)
  • 基本数据变量vs引用类型变量（类、数组、接口)

栈的优点：

• 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:

  • 每个方法执行，伴随着进栈(入栈、压栈)

  • 执行结束后的出栈工作

• 对于栈来说不存在垃圾回收问题

• 存在OOM，不存在GC

面试题:开发中遇到的异常有哪些?

栈中可能出现的异常

• 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，那Java虚拟机将会抛出一个OutOfMemoryError异常。

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，栈的大小直接决定函数调用的最大可达深度。

测试代码：

package com.lbl.stack;

public class stackXssTest {
    static int count =0;
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(count);
        count++;
        main(args);
    }
}

现在我修改栈内存大小

添加：-Xss256k

再次运行上面代码：

2. 栈的存储单位

栈中存储什么？

• 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。
• 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)
• 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。

栈的运行原理

• 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（CurrentMethod），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。

• 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。
• 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。

测试代码如下：

package com.lbl.stack;

public class StackFrameTest {
    public static void main(String[] args) {
        method1();
    }

    private static void method1() {
        System.out.println("method1..开始执行！");
        method2();
        System.out.println("method1..即将结束！");
    }

    private static void method2() {
        System.out.println("method2..开始执行！");
        method3();
        System.out.println("method2..即将结束！");
    }
    private static void method3() {
        System.out.println("method3..开始执行！");
        System.out.println("method3..即将结束！");
    }

}

运行效果如图：