JVM学习-虚拟机栈

虚拟机栈

每个线程创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个栈帧，对应一次次Java方法调用，栈是线程私有的。

生命周期:

与线程相同

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。

特点

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对Java栈有两个操作，入栈(每个方法执行)和出栈(程序执行结束)
对于栈不存在垃圾回收问题

栈可能出现的异常

Java栈的大小是动态的或固定大小的

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虚拟机会抛出一个StackOverflowError异常
如果Java虚拟机栈可以动态扩展，并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虚拟机会抛出OutOfMemoryError异常

设置栈内存大小参数 -Xss

详细见链接

存储单位

每个线程都有自己的栈，栈中的数据以栈帧(Stack Frame)格式存在，线程上正在执行的每个方法都各自对应一个栈帧，栈帧是一个内存区域，是一个数据集，维系着方法执行过程中的各种数据信息。

运行原理

JVM对Java栈的操作只有两个，就是对栈帧压栈和出栈，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，只会有一个活动栈帧，即只有当前正在执行的方法的栈帧是有效的，这个栈帧被称为当前栈帧，与当前栈帧相对应的的方法是当前方法，定义这个方法的类为当前类
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
如果该方法调用了其他方法，对应的新栈帧会被创建出来，放在栈的顶端，成为新的当前栈帧。
不同线程中所包含的栈帧不允许相互引用，不可能在一个栈帧中引用另一个线程的栈帧
如果当前方法调用了其他方法，方法返回时，当前栈帧会传回此方法的执行结果给当前一个栈帧，接着，虚拟机会丢弃当前栈帧，使前一个栈帧成为当前栈帧
Java方法有两种返回函数的方式，一种是正常函数返回，使用return指令，另一种是抛出异常，不管使用哪种方式，都会弹出栈帧

java 复制代码

//栈帧测试
public class StackFramTest {
    public static void main(String[] args) {
        StackFramTest stackFramTest = new StackFramTest();
        stackFramTest.method1();
    }
    public void method1() {
        System.out.println("method1开始执行。。。");
        method2();
        System.out.println("method1结束执行。。。");
    }
    public int method2() {
        System.out.println("method2开始执行。。。");
        int i = 10;
        int m = (int) method3();
        System.out.println("method2结束执行。。。");
        return i + m;
    }
    public double method3() {
        System.out.println("method3开始执行。。。");
        double j = 20.0;
        System.out.println("method3结束执行。。。");
        return j;
    }
}
//执行结果
method1开始执行。。。
method2开始执行。。。
method3开始执行。。。
method3结束执行。。。
method2结束执行。。。
method1结束执行。。。

基于IDEA的调试工具查看栈帧的情况

栈帧内部结构

局部变量表(Local Variables)
操作数栈(Operand Stack)
动态链接(Dynamic Linking)指向运行时常量池的方法引用
方法返回地址(Return Address)
一些附加信息

优、缺点

优点：跨平台，指令集小，编译器容易实现

缺点：性能下降，实现同样的功能需要更多指令

栈是运行时单位，堆是存储的单位，即栈解决程序运行问题，即程序如何运行，或者说如何处理数据，堆解决的是数据存储的问题，即数据怎么放，放在哪儿。