深入理解JVM-java虚拟机栈

时间:2022-12-27 16:36:30

1.java虚拟机栈

  深入理解JVM-java虚拟机栈

 

  1. Java虚拟机栈也是线程私有的,它的生命周期与线程相同(随线程而生,随线程而灭

  2. 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出*Error异常;

   如果虚拟机栈可以动态扩展,如果扩展时无法申请到足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常;

  (当前大部分JVM都可以动态扩展,只不过JVM规范也允许固定长度的虚拟机栈)

  3. Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法执行的同时会创建一个栈帧

   对于我们来说,主要关注的stack栈内存,就是虚拟机栈中局部变量表部分

2.栈帧(Stack Frame)

  栈帧(Stack Frame)是用于支持虚拟机进行方法调用方法执行的数据结构。它是虚拟机运行时数据区中的java虚拟机栈的栈元素

  栈帧存储了方法的局部变量表操作数栈动态连接方法返回地址等信息。

  每一个方法从调用开始至执行完成的过程,都对应着一个栈帧在虚拟机里面从入栈到出栈的过程。

  注意:

在编译程序代码的时候,栈帧中需要多大的局部变量表内存多深的操作数栈都已经完全确定了。

因此一个栈帧需要分配多少内存,不会受到程序运行期变量数据的影响,而仅仅取决于具体的虚拟机实现。

  栈结构图如下:

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  注意:

  在活动线程中,只有位于栈顶的栈帧才是有效的,称为当前栈帧,与这个栈帧相关联的方法称为当前方法

  执行引擎运行的所有字节码指令都只针对当前栈帧进行操作。

3.局部变量表

   1.局部变量表(Local Variable Table)是一组变量值存储空间,用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量

    并且在Java编译为Class文件时,就已经确定了该方法所需要分配的局部变量表的最大容量

   2.局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)「String是引用类型」,

    对象引用(reference类型) 和 returnAddress类型(它指向了一条字节码指令的地址)

  注意:

  很多人说:基本数据和对象引用存储在栈中

  当然这种说法虽然是正确的,但是很不严谨,只能说这种说法针对的是局部变量

  局部变量存储在局部变量表中,随着线程而生,线程而灭。并且线程间数据不共享。

  但是,如果是成员变量,或者定义在方法外对象的引用,它们存储在堆中

  因为在堆中,是线程共享数据的,并且栈帧里的命名就已经清楚的划分了界限 : 局部变量表!

4.变量槽(Variable Slot)

  局部变量表的容量以变量槽为最小单位,每个变量槽都可以存储32位长度的内存空间,例如boolean、byte、char、short、int、float、reference。

  对于64位长度的数据类型(long,double),虚拟机会以高位对齐方式为其分配两个连续的Slot空间,也就是相当于把一次long和double数据类型读写分割成为两次32位读写。

  扩展知识点:

Slot复用 

为了尽可能节省栈帧空间,局部变量表中的Slot是可以重用的,
也就是说当PC计数器的指令指已经超出了某个变量的作用域(执行完毕),
那这个变量对应的Slot就可以交给其他变量使用。

优点 : 节省栈帧空间。 

缺点 : 影响到系统的垃圾收集行为。

(如大方法占用较多的Slot,执行完该方法的作用域后没有对Slot赋值或者清空设置null值,垃圾回收器便不能及时的回收该内存。)

5.reference(对象实例的引用)

  我的理解是:一个超链接

  一般来说,虚拟机都能从引用中直接或者间接的查找到对象的以下两点 :

  a.在Java堆中的数据存放的起始地址索引。

  b.所属数据类型在方法区中的存储类型。

  例如:我们在创建一个Student对象时的数据存储结构:

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6.动态连接

  每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用,

  持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接(Dynamic Linking)。

  在类加载阶段中的解析阶段会将符号引用转为直接引用,这种转化也称为静态解析

  另外的一部分将在每一次运行时期转化为直接引用。这部分称为动态连接

  这里简单提一下动态连接的概念,后面在详细讲解.

7.方法出口

  当一个方法开始执行后,只有2种方式可以退出这个方法 :

  方法返回指令 : 执行引擎遇到一个方法返回的字节码指令,这时候有可能会有返回值传递给上层的方法调用者,这种退出方式称为正常完成出口。

  异常退出 : 在方法执行过程中遇到了异常,并且没有处理这个异常,就会导致方法退出。

  无论采用任何退出方式,在方法退出之后,都需要返回到方法被调用的位置,程序才能继续执行,方法返回时可能需要在栈帧中保存一些信息。

    一般来说,方法正常退出时,调用者的PC计数器的值可以作为返回地址,栈帧中会保存这个计数器值。

  而方法异常退出时,返回地址是要通过异常处理器表来确定的,栈帧中一般不会保存这部分信息。

8.实战案例

  如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出*Error异常

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 1 package com.wfd360.demo01;
 2 
 3 /**
 4  * @Copyright (C)
 5  * @Author: LI DONG PING
 6  * @Date: 2019-07-15 17:17
 7  * @Description: 栈内存溢出测试
 8  * <p>
 9  * 测试代码设计思路
10  * 修改默认堆栈大小后,利用递归调用一个方法,达到栈深度过大的异常目的,同时在递归调用过程中记录调用此次,得出最大深度的数据
11  * jvm参数
12  * -Xss 180k:设置每个线程的堆栈大小(最小180k),默认是1M
13  */
14 public class Test*ErrorDemo {
15     //栈深度统计值
16     private int stackLength = 1;
17 
18     /**
19      * 递归方法,导致栈深度过大异常
20      */
21     public void stackLeak() {
22         stackLength++;
23         stackLeak();
24     }
25 
26     /**
27      * 启动方法
28      * 测试结果:当-Xss 180k为180k时,stackLength~=1544,随着-Xss参数变大时stackLength值随之变大
29      * @param args
30      */
31     public static void main(String[] args) {
32         Test*ErrorDemo demo = new Test*ErrorDemo();
33         try {
34             demo.stackLeak();
35         } catch (Throwable e) {
36             System.out.println("当前栈深度:stackLength=" + demo.stackLength);
37             e.printStackTrace();
38         }
39     }
40 }
View Code

  测试结果:

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  完美!