Java 虚拟机栈详解分析

2024-04-02 19:55

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Java虚拟机栈

1. 定义

栈：线程运行时需要的内存空间，一个栈存在多个栈帧。栈具有先入后出，后入先出的特点。
栈帧：每个方法运行时需要的内存（局部变量表、操作数栈、动态链接和方法返回值等信息。），每次调用一个方法，便会将栈帧压入栈中，方法执行完毕将栈帧从栈顶压出
活动栈帧：指在栈顶的栈帧，既正在调用的方法，每个线程只能有一个活动栈帧，对应着该线程正在调用的那个方法

现在我们用代码来演示一下Java虚拟机如何将栈帧压入及压出栈中


 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;
     }
 }

当我们运行Main函数时，jvm首先将栈帧Main压入栈中，此视栈结构如图所示

Main函数体中调用了method1方法，此时便会将栈帧1压入栈中

method1方法体中调用了method2方法，这时jvm会将栈帧2压入栈结构中，需要注意的是，前面我们提到了栈帧由 “局部变量表、操作数栈、动态链接和方法返回值”等信息组成，method2方法中拥有a，b两个参数以及局部变量c和方法返回值

当method2方法执行完后，会将栈帧2从栈顶弹出

method1方法执行完毕后，将栈帧1弹出

依次顺序直至线程被销毁。

注意点

由于每个栈帧都会在方法调用完毕后被弹出，因此栈内存不需要进行垃圾回收
每个栈都是线程私有的，每个线程在创建的时候都会创建一个虚拟机栈，而由于物理内存是固定的，栈内存划分得越大，可分配的线程数就越少

2. 栈的线程安全问题

局部变量是线程安全的

现在我们定义如下方法：


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

我们在方法method中定义了一个局部变量a，并对其执行a++操作，现在假设我们有两个线程同时调用了这个方法（栈帧），Java虚拟机会将该栈帧压入各自线程的栈内存中，但由于局部变量表是线程私有的，所以两个线程在同时调用这个栈帧后，a的值仍然都为1，故局部变量是线程安全的

方法参数和方法返回值不是线程安全

由于方法的参数和返回值均可被外部方法所引用，故在某个线程下某个方法可以更改另外一个方法的参数和返回值，故方法参数和方法返回值不是线程安全的

3. 栈内存溢出

由于程序执行时，虚拟机给每个栈分配的栈内存空间是固定的，所以在一些情况下有可能出现栈内存空间不足，导致溢出的情况，一般有两种情况可能导致栈内存溢出

栈帧过大（较少出现）
栈帧过多（一般出现在递归时。没有正确设置递归出口）

现在我们来解释一下什么时候会出现栈帧过多导致栈内存溢出，我们来假设某一个栈的内存空间大小是1024kb，现在有四个栈帧，每个栈帧的大小均为300kb，而 300 * 4 = 1200kb，而 1200 > 1024 ,很显然，现在这四个栈帧合起来的大小已经超过了这个栈的内存空间大小，这个时候就会出现栈内存溢出，也就是会报java.lang.StackOverflowError这个错误。