虚拟机栈

虚拟机栈概述

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。

有不少Java开发人员一提到Java内存结构，就会非常粗粒度地将JVM中的内存区理解为仅有Java堆（heap）和Java战（stack）？为什么？

首先栈是运行时的单位，而堆是存储的单位

• 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问题，即数据怎么放，放哪里

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（执行就入栈和调用结束就出栈）。

是线程私有的

生命周期

生命周期和线程一致，也就是线程结束了，该虚拟机栈也销毁了

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，它是相比于成员变量来说的（或属性） 基本数据类型变量 VS 引用类型变量（类、数组、接口）

栈的特点

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（栈存在溢出的情况）

开发中遇到哪些异常？

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。

/**
 * 演示栈中的异常：StackOverflowError
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-07-05-17:11
 *默认情况：count：11420时出现异常
 *设置栈的大小：-Xss256k：count：2465时出现异常 
 */
public class StackErrorTest {
          
   
    private static int count = 1;
    public static void main(String[] args) {
          
   
        System.out.println(count++);
        main(args);
    }
}

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，栈的大小直接决定了函数调用的最大可达深度

-Xss1m
-Xss1k

栈的存储单位

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颜（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。

• OOP的基本概念：类和对象 类中基本结构：field（属性、字段、域）、method

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（Current Method），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。

下面写一个简单的代码

/**
 * 栈帧
 *
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-07-05-20:33
 */
public class StackFrameTest {
          
   
    public static void main(String[] args) {
          
   
        method01();
    }

    private  void method01() {
          
   
        System.out.println("方法1的开始");
        method02();
        System.out.println("方法1的结束");
    }

    private int method02() {
          
   
        System.out.println("方法2的开始");
        int i=10;
        int m =(int) method03();;
        System.out.println("方法2即将结束结束");
        return i+m;
    }
    private double method03() {
          
   
        System.out.println("方法3的开始");
        double j = 20.0;
        System.out.println("方法3即将结束");
        return j;
    }
}

输出结果为

方法1的开始
方法2的开始
方法3的开始
方法3即将结束
方法2即将结束
方法1的结束

调用方法1，方法1入栈成为当前栈帧，方法1中又调用方法2，方法2入栈成为当前栈帧，方法2中又调用方法3，方法3入栈成为当前栈帧，方法3执行结束后，方法3出栈方法2成为当前栈帧，方法2结束后，方法2出栈方法1成为当前栈帧，最后方法1结束出栈，main成为当前栈帧，mian结束，主线程就结束，和线程同生命周期的栈就结束，

满足栈先进后出的概念，通过Idea的 DEBUG，能够看到栈信息