Java 栈

Java 虚拟机栈：Java Virtual Machine Stacks，每个线程运行时所需要的内存

• 每个方法被执行时，都会在虚拟机栈中创建一个栈帧 stack frame（一个方法一个栈帧）

• 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

• 虚拟机栈是每个线程私有的，每个线程只能有一个活动栈帧，对应方法调用到执行完成的整个过程

• 每个栈由多个栈帧（Frame）组成，对应着每次方法调用时所占用的内存，每个栈帧中存储着：

  • 局部变量表：存储方法里的 Java 基本数据类型以及对象的引用

  • 动态链接：也叫指向运行时常量池的方法引用

  • 方法返回地址：方法正常退出或者异常退出的定义

  • 操作数栈或表达式栈和其他一些附加信息

  

设置栈内存大小：-Xss size -Xss 1024k

• 在 JDK 1.4 中默认为 256K，而在 JDK 1.5+ 默认为 1M

虚拟机栈特点：

• 栈内存不需要进行GC，方法开始执行的时候会进栈，方法调用后自动弹栈，相当于清空了数据

• 栈内存分配越大，可用的线程数越少（内存越大，每个线程拥有的内存越大）

• 方法内的局部变量是否线程安全：

  • 如果方法内局部变量没有逃离方法的作用访问（即在方法的作用范围内,是局部变量的时候），它是线程安全的（逃逸分析）

  • 如果是局部变量引用了对象，并逃离方法的作用范围，或者返回了对象，就需要考虑线程安全

异常：

• 栈帧过多导致栈内存溢出 （超过了栈的容量），会抛出 OutOfMemoryError 异常

• 当线程请求的栈深度超过最大值，会抛出 StackOverflowError 异常

局部变量

局部变量表也被称之为局部变量数组或本地变量表，本质上定义为一个数字数组，主要用于存储方法参数和定义在方法体内的局部变量

• 表是建立在线程的栈上，是线程私有的数据，因此不存在数据安全问题

• 表的容量大小是在编译期确定的，保存在方法的 Code 属性的 maximum local variables 数据项中

• 表中的变量只在当前方法调用中有效，方法结束栈帧销毁，局部变量表也会随之销毁

• 表中的变量也是重要的垃圾回收根节点，只要被表中数据直接或间接引用的对象都不会被回收

局部变量表最基本的存储单元是 slot（变量槽）：

• 参数值的存放总是在局部变量数组的 index0 开始，到数组长度 -1 的索引结束，JVM 为每一个 slot 都分配一个访问索引，通过索引即可访问到槽中的数据

• 存放编译期可知的各种基本数据类型（8种），引用类型（reference），returnAddress 类型的变量

• 32 位以内的类型只占一个 slot（包括 returnAddress 类型），64 位的类型（long 和 double）占两个 slot

• 局部变量表中的槽位是可以重复利用的，如果一个局部变量过了其作用域，那么之后申明的新的局部变量就可能会复用过期局部变量的槽位，从而达到节省资源的目的

操作数栈

栈：可以使用数组或者链表来实现

操作数栈：在方法执行过程中，根据字节码指令，往栈中写入数据或提取数据，即入栈（push）或出栈（pop）

• 保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间，是执行引擎的一个工作区

• Java 虚拟机的解释引擎是基于栈的执行引擎，其中的栈指的就是操作数栈

• 如果被调用的方法带有返回值的话，其返回值将会被压入当前栈帧的操作数栈中

栈顶缓存技术 ToS（Top-of-Stack Cashing）：将栈顶元素全部缓存在 CPU 的寄存器中，以此降低对内存的读/写次数，提升执行的效率

基于栈式架构的虚拟机使用的零地址指令更加紧凑，完成一项操作需要使用很多入栈和出栈指令，所以需要更多的指令分派（instruction dispatch）次数和内存读/写次数，由于操作数是存储在内存中的，因此频繁地执行内存读/写操作必然会影响执行速度，所以需要栈顶缓存技术