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Java 虛擬機棧詳解分析

更新時間：2021年11月08日 10:30:11 作者：小小奶酪可笑可笑

在線程創(chuàng)建時，JVM會為每個線程創(chuàng)建一個單獨的?？臻g。JVM的棧內(nèi)存不需要是連續(xù)的。JVM在棧上會進行兩個操作：壓入和彈出棧幀。對于一個特定的線程來說，棧被稱為運行時棧。這個線程調(diào)用的每個方法會被存儲在響應(yīng)的運行時棧里，包括了參數(shù)，局部變量，計算媒介和其他數(shù)據(jù)

Java虛擬機棧

1. 定義

棧：線程運行時需要的內(nèi)存空間，一個棧存在多個棧幀。棧具有先入后出，后入先出的特點。
棧幀：每個方法運行時需要的內(nèi)存（局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接和方法返回值等信息。），每次調(diào)用一個方法，便會將棧幀壓入棧中，方法執(zhí)行完畢將棧幀從棧頂壓出
活動棧幀：指在棧頂?shù)臈?，既正在調(diào)用的方法，每個線程只能有一個活動棧幀，對應(yīng)著該線程正在調(diào)用的那個方法

現(xiàn)在我們用代碼來演示一下Java虛擬機如何將棧幀壓入及壓出棧中

 public class Main {
     public static void main(String[] args) {
         method1();
     }
     
     private static void method1() {
         method2(1, 2);
     }
     
     private static int method2(int a, int b) {
         int c = a + b;
         return c;
     }
 }

當我們運行Main函數(shù)時，jvm首先將棧幀Main壓入棧中，此視棧結(jié)構(gòu)如圖所示

Main函數(shù)體中調(diào)用了method1方法，此時便會將棧幀1壓入棧中

method1方法體中調(diào)用了method2方法，這時jvm會將棧幀2壓入棧結(jié)構(gòu)中，需要注意的是，前面我們提到了棧幀由 “局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接和方法返回值”等信息組成，method2方法中擁有a，b兩個參數(shù)以及局部變量c和方法返回值

當method2方法執(zhí)行完后，會將棧幀2從棧頂彈出

method1方法執(zhí)行完畢后，將棧幀1彈出

依次順序直至線程被銷毀。

注意點

由于每個棧幀都會在方法調(diào)用完畢后被彈出，因此棧內(nèi)存不需要進行垃圾回收
每個棧都是線程私有的，每個線程在創(chuàng)建的時候都會創(chuàng)建一個虛擬機棧，而由于物理內(nèi)存是固定的，棧內(nèi)存劃分得越大，可分配的線程數(shù)就越少

2. 棧的線程安全問題

局部變量是線程安全的

現(xiàn)在我們定義如下方法：

 public static void method() {
     int a = 0;
     a++;
 }

我們在方法method中定義了一個局部變量a，并對其執(zhí)行a++操作，現(xiàn)在假設(shè)我們有兩個線程同時調(diào)用了這個方法（棧幀），Java虛擬機會將該棧幀壓入各自線程的棧內(nèi)存中，但由于局部變量表是線程私有的，所以兩個線程在同時調(diào)用這個棧幀后，a的值仍然都為1，故局部變量是線程安全的

方法參數(shù)和方法返回值不是線程安全

由于方法的參數(shù)和返回值均可被外部方法所引用，故在某個線程下某個方法可以更改另外一個方法的參數(shù)和返回值，故方法參數(shù)和方法返回值不是線程安全的

3. 棧內(nèi)存溢出

由于程序執(zhí)行時，虛擬機給每個棧分配的棧內(nèi)存空間是固定的，所以在一些情況下有可能出現(xiàn)棧內(nèi)存空間不足，導(dǎo)致溢出的情況，一般有兩種情況可能導(dǎo)致棧內(nèi)存溢出

棧幀過大（較少出現(xiàn)）
棧幀過多（一般出現(xiàn)在遞歸時。沒有正確設(shè)置遞歸出口）

現(xiàn)在我們來解釋一下什么時候會出現(xiàn)棧幀過多導(dǎo)致棧內(nèi)存溢出，我們來假設(shè)某一個棧的內(nèi)存空間大小是1024kb，現(xiàn)在有四個棧幀，每個棧幀的大小均為300kb，而 300 * 4 = 1200kb，而 1200 > 1024 ,很顯然，現(xiàn)在這四個棧幀合起來的大小已經(jīng)超過了這個棧的內(nèi)存空間大小，這個時候就會出現(xiàn)棧內(nèi)存溢出，也就是會報java.lang.StackOverflowError這個錯誤。