Java虚拟机栈—-jvm栈

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

  1. 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

  1. 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。

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THE END
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