JVM：运行时数据区之虚拟机栈

基本内容

Java Virtual Machine Stack、Java栈、虚拟机栈。

每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个的栈帧Stack Frame，对应着一次次的Java方法调用，一个栈帧就对应一个Java方法。

虚拟机栈是线程私有的，和程序计数器一样都是线程私有的。

生命周期

和线程一致。

作用

栈管运行，堆管存储。

主管Java程序的运行，它保存方法的局部变量（八种基本数据类型、对象的引用地址）、部分结果，并参与方法的调用和返回。

特点

栈是一种快速有效的分配存储方式，访问速度仅次于程序计数器。

JVM直接对Java栈的操作只有两个：一、每个方法执行，伴随着进栈。二、执行结束后的出栈工作。

对于栈来说不存在垃圾回收问题。

栈中可能出现的异常

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。

StackOverflowError

如果采用固定大小的Java虚拟机栈，那每一个线程的Java虚拟机栈容量可以在线程创建的时候独立选定。如果线程请求分配的栈容量超过Java虚拟机栈允许的最大容量，Java虚拟机将会抛出一个StackOverflowError异常。

OutofMemoryError

如果Java虚拟机栈可以动态扩展，并且在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存，或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈，那Java虚拟机将会抛出一个OutofMemoryError异常。

设置栈的大小

使用-Xss选项设置线程的最大栈空间，栈的大小直接决定了方法调用的最大可达深度。

/**
 * 默认设置 大概在20000次左右
 * -Xss256k 执行2600次左右
 */
public class StackOverflowErrorDemo {

    public static int count = 1;

    public static void main(String[] args) {
        try {
            count++;
            main(args);
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println(count);
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

栈的存储单位

每个线程都有自己的栈。栈中的数据都是以栈帧Stack Frame的格式存在。

线程上正在执行的每个方法都各自对应一个栈帧。

栈帧是一个内存区块，是一个数据集，维系着方法执行过程中的各种数据信息。

栈帧的内部结构

局部变量表Local Variables。

操作数栈Operand Stack，或表达式栈。

动态链接Dynamic Linking，或指向运行时常量池的方法引用。

方法返回地址Return Address，或方法正常退出或者异常退出的定义。

一些附加信息。

动态链接

每一个栈帧内部都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用。

包含这个引用的目的就是为了支持当前方法的代码能够实现动态链接Dynamic Linking，比如：invokedynamic指令。

字节码文件中的Constant Pool在Java程序运行起来后，会加载到方法区Method Area中的运行时常量池。

栈顶缓存技术

Top-of-Stack Caching

HotSpot虚拟机中，将栈顶元素全部缓存在物理CPU的寄存器中，以此降低对内存的读/写次数，提升执行引擎的执行效率。

官方文档

https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-2.html#jvms-2.5.2