JVM工作原理与实战(十七)：运行时数据区-栈内存溢出

前言

​JVM作为Java程序的运行环境，其负责解释和执行字节码，管理内存，确保安全，支持多线程和提供性能监控工具，以及确保程序的跨平台运行。本文主要介绍了栈内存溢出、设置虚拟机栈的大小等内容。 ​

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一、Java虚拟机栈

Java虚拟机栈是Java技术中至关重要的部分，它负责管理方法调用中的基本数据。在执行Java程序时，Java虚拟机栈是线程私有的，即每个线程都拥有自己的Java虚拟机栈，并且随着线程的创建而创建，随着线程的销毁而回收。

Java虚拟机栈，运用栈式数据结构对方法调用过程中的基本数据进行管理。遵循先进后出（First In Last Out）的原则，每一个方法调用都会对应一个独立的栈帧（Stack Frame）进行数据存储。

详细讲解可以查看之前的文章：

JVM工作原理与实战(十六)：运行时数据区-Java虚拟机栈 - 掘金 (juejin.cn)

二、栈内存溢出

1.栈内存溢出介绍

Java虚拟机（JVM）的栈内存是用于存储方法执行时的数据和信息的区域。每个方法的执行都会在栈上创建一个新的栈帧，其中包含了方法的局部变量、操作数栈、动态链接和方法出口信息。如果一个方法调用的层级过深，或者每个栈帧占用的内存过大，那么就会导致栈内存溢出。当这种情况发生时，系统会抛出StackOverflowError异常。

在默认情况下，JVM会根据操作系统和计算机体系结构自动设置每个线程的栈大小。这样可以确保JVM能够根据不同的环境进行适当的配置。具体的默认栈大小取决于JVM实现和配置，以下是一些常见的默认值：

• 在Linux上，对于x86（64位）体系结构，默认栈大小为1MB；对于ppc体系结构，默认栈大小为2MB。
• 在BSD上，对于x86（64位）体系结构，默认栈大小为1MB。
• 在Solaris上，对于64位体系结构，默认栈大小为1MB。
• 在Windows上，默认栈大小基于操作系统的默认值。

模拟栈内存溢出案例：

通过递归方式调用同一方法，且不设定退出条件，并定义一个计数器变量来跟踪每次调用的次数。随着每次调用，计数器递增。最后，查看错误发生时总调用的次数。

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        recursion();
    }

    public static int count = 0;
    public static void recursion() {
        System.out.println(++count);
        recursion();
    }
}

运行结果：

2.设置虚拟机栈的大小

为了解决Java虚拟机栈内存溢出的问题，可以通过调整栈的大小来应对。要修改Java虚拟机栈的大小，可以使用虚拟机参数-Xss。通过这个参数，可以为每个线程设置一个自定义的栈大小。

语法为-Xss栈大小，单位可以是字节（默认，是 1024 的倍数）、k或者K(KB)、m或者M(MB)、g或者G(GB)。除了-Xss参数外，还有一个与它类似的参数-XX:ThreadStackSize可以用来调整堆栈大小。

案例：

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        recursion();
    }

    public static int count = 0;
    public static void recursion() {
        System.out.println(++count);
        recursion();
    }
}

设置虚拟机栈的大小（-Xss）：

-Xss512k

运行结果：

在调整堆栈大小时，还需要注意一些事项：

• 最小和最大堆栈大小限制：不同的JVM实现和操作系统可能会有不同的最小和最大堆栈大小限制。例如，在Windows（64位）下的JDK8测试中，最小值为180k，最大值为1024m。因此，在设置堆栈大小时，需要考虑这些限制，以避免出现错误。
• 局部变量和操作数栈深度：过多的局部变量或者过深的操作数栈深度都可能影响栈内存的大小。因此，在编写代码时，需要合理地控制局部变量的数量和操作数栈的深度，以避免出现内存溢出的情况。
• 递归深度：虽然递归可以简化代码，但是如果没有适当的退出条件或者递归深度过大，也会导致栈内存溢出。因此，在使用递归时，需要仔细设计递归算法，并设置合适的退出条件，以避免出现内存溢出的情况。
• 内存限制：在某些情况下，即便设置了合适的堆栈大小和退出条件，由于系统的内存限制，也可能会出现栈内存溢出的情况。在这种情况下，可能需要优化程序的性能，减少内存的使用，或者增加系统的内存。

案例（局部变量过多、操作数栈深度过大影响栈内存的大小）：

原代码：

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        recursion();
    }

    public static int count = 0;
    public static void recursion() {
        System.out.println(++count);
        recursion();
    }
}

运行结果：

添加局部变量：

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        recursion();
    }

    public static int count = 0;
    public static void recursion() {
        long x,y,z,i,j,k,a,b,c;
        System.out.println(++count);
        recursion();
    }
}

运行结果：

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总结

JVM是Java程序的运行环境，负责字节码解释、内存管理、安全保障、多线程支持、性能监控和跨平台运行。本文主要介绍了栈内存溢出、设置虚拟机栈的大小等内容，希望对大家有所帮助。