深入理解JVM-java虚拟机栈

1.java虚拟机栈

　　1. Java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同（随线程而生，随线程而灭）

　　2. 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；

　　　如果虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常；

　　（当前大部分JVM都可以动态扩展，只不过JVM规范也允许固定长度的虚拟机栈）

　　3. Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法执行的同时会创建一个栈帧。

　　　对于我们来说，主要关注的stack栈内存，就是虚拟机栈中局部变量表部分。

2.栈帧(Stack Frame)

　　栈帧（Stack Frame）是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构。它是虚拟机运行时数据区中的java虚拟机栈的栈元素。

　　栈帧存储了方法的局部变量表、操作数栈、动态连接和方法返回地址等信息。

　　每一个方法从调用开始至执行完成的过程，都对应着一个栈帧在虚拟机里面从入栈到出栈的过程。

　　注意：

在编译程序代码的时候，栈帧中需要多大的局部变量表内存，多深的操作数栈都已经完全确定了。

因此一个栈帧需要分配多少内存，不会受到程序运行期变量数据的影响，而仅仅取决于具体的虚拟机实现。

　　栈结构图如下：

　　注意：

　　在活动线程中，只有位于栈顶的栈帧才是有效的，称为当前栈帧，与这个栈帧相关联的方法称为当前方法。

　　执行引擎运行的所有字节码指令都只针对当前栈帧进行操作。

3.局部变量表

　　　1.局部变量表（Local Variable Table）是一组变量值存储空间，用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。

　　　并且在Java编译为Class文件时，就已经确定了该方法所需要分配的局部变量表的最大容量。

　　　2.局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)「String是引用类型」，

　　　　对象引用(reference类型) 和 returnAddress类型（它指向了一条字节码指令的地址）

　　注意：

　　很多人说：基本数据和对象引用存储在栈中。

　　当然这种说法虽然是正确的，但是很不严谨，只能说这种说法针对的是局部变量。

　　局部变量存储在局部变量表中，随着线程而生，线程而灭。并且线程间数据不共享。

　　但是，如果是成员变量，或者定义在方法外对象的引用，它们存储在堆中。

　　因为在堆中，是线程共享数据的，并且栈帧里的命名就已经清楚的划分了界限 : 局部变量表！

4.变量槽（Variable Slot）

　　局部变量表的容量以变量槽为最小单位，每个变量槽都可以存储32位长度的内存空间，例如boolean、byte、char、short、int、float、reference。

　　对于64位长度的数据类型（long，double），虚拟机会以高位对齐方式为其分配两个连续的Slot空间，也就是相当于把一次long和double数据类型读写分割成为两次32位读写。

　　扩展知识点:

Slot复用 

为了尽可能节省栈帧空间，局部变量表中的Slot是可以重用的，

也就是说当PC计数器的指令指已经超出了某个变量的作用域（执行完毕），

那这个变量对应的Slot就可以交给其他变量使用。

优点 ： 节省栈帧空间。 

缺点 ： 影响到系统的垃圾收集行为。

（如大方法占用较多的Slot，执行完该方法的作用域后没有对Slot赋值或者清空设置null值，垃圾回收器便不能及时的回收该内存。）

5.reference（对象实例的引用)

　　我的理解是:一个超链接

　　一般来说，虚拟机都能从引用中直接或者间接的查找到对象的以下两点：

　　a.在Java堆中的数据存放的起始地址索引。

　　b.所属数据类型在方法区中的存储类型。

　　例如:我们在创建一个Student对象时的数据存储结构:

6.动态连接

　　每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，

　　持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接（Dynamic Linking）。

　　在类加载阶段中的解析阶段会将符号引用转为直接引用，这种转化也称为静态解析。

　　另外的一部分将在每一次运行时期转化为直接引用。这部分称为动态连接。

　　这里简单提一下动态连接的概念,后面在详细讲解.

7.方法出口

　　当一个方法开始执行后，只有2种方式可以退出这个方法：

　　方法返回指令：执行引擎遇到一个方法返回的字节码指令，这时候有可能会有返回值传递给上层的方法调用者，这种退出方式称为正常完成出口。

　　异常退出：在方法执行过程中遇到了异常，并且没有处理这个异常，就会导致方法退出。

　　无论采用任何退出方式，在方法退出之后，都需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续执行，方法返回时可能需要在栈帧中保存一些信息。

　　　　一般来说，方法正常退出时，调用者的PC计数器的值可以作为返回地址，栈帧中会保存这个计数器值。

　　而方法异常退出时，返回地址是要通过异常处理器表来确定的，栈帧中一般不会保存这部分信息。

8.实战案例

　　如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常

 package com.wfd360.demo01;

 /**

  * @Copyright (C)

  * @Author: LI DONG PING

  * @Date: 2019-07-15 17:17

  * @Description: 栈内存溢出测试

  * <p>

  * 测试代码设计思路

  * 修改默认堆栈大小后,利用递归调用一个方法,达到栈深度过大的异常目的,同时在递归调用过程中记录调用此次,得出最大深度的数据

  * jvm参数

  * -Xss 180k:设置每个线程的堆栈大小(最小180k),默认是1M

  */

 public class TestStackOverflowErrorDemo {

     //栈深度统计值

     private int stackLength = 1;

     /**

      * 递归方法,导致栈深度过大异常

      */

     public void stackLeak() {

         stackLength++;

         stackLeak();

     }

     /**

      * 启动方法

      * 测试结果:当-Xss 180k为180k时,stackLength~=1544,随着-Xss参数变大时stackLength值随之变大

      * @param args

      */

     public static void main(String[] args) {

         TestStackOverflowErrorDemo demo = new TestStackOverflowErrorDemo();

         try {

             demo.stackLeak();

         } catch (Throwable e) {

             System.out.println("当前栈深度:stackLength=" + demo.stackLength);

             e.printStackTrace();

         }

     }

 }

　　测试结果:

　　完美!