Java虚拟机栈？？？？？？？

灰太狼 2021-10-09 09:32 414阅读 0赞

Java虚拟机栈？？？？？？？

“线程私有”内存空间；Java虚拟机栈空间是存放Java方法执行的线程内存模型；

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我们需要分享Java虚拟机机栈空间里面的时候，需要贴上一张详细的图片来表示：

就是下图中所圈出的那块区域，结构很清晰，每个线程都会有一个栈空间，栈空间中存放了很多栈帧，那么这些栈帧中到底存放了些什么数据呢？

我们知道，在每个Java方法被执行的时候，Java虚拟机就会同时创建一个栈帧，那么多个方法，就会有多个栈帧；那么每个方法中都会对应到一个栈帧；然后我们思考一下，一个栈帧所对应的生命周期就是一个方法的执行开始与结束。所以我们可以拓展出，栈帧中存放是数据就是和当前方法所有关的数据，例如：方法中的局部变量表、操作数栈、动态链接，以及方法出口等信息。那么一个栈帧对应的生命周期就是该方法，那么当方法执行完成后，就需要在虚拟机栈中出栈，这就是一个执行过程。

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这里，我们拓展一下思考：栈空间、和堆空间应该是我们最常听到的两个部分，甚至我们抛异常，也是需要打印所有栈异常信息，这样才能清晰的看出线程的执行过程，在哪里进入了哪个栈帧，在哪里出了哪个栈帧。

但我们从上图发现，栈是很大的一个概念，并不是一个空间，在上图中还有本地方法栈这个空间呢。

## 栈分析： ##

我们主要分析一下jvm虚拟机栈，其中的栈，我们有一定开发经验的同学都知道，一个web请求都是一个新的线程执行的，那么这个线程就会对应了一个java虚拟机栈的一个栈空间，这个空间是线程私有的。那么自然这个栈的生命周期就是和线程的生命周期一致。当线程创建，也就开辟的新的栈空间内存；当线程销毁，那么当前的栈空间也会被释放。

那么对于一个栈的数据结构，我们应当是有了解的，操作方式也会有“压栈”，“出栈”等方式，那么自然栈中就会有一系列的元素，称为“栈帧”，那么栈帧到底对应这我们具体的代码中的什么呢？其实就是对应着我们每个一个执行的方法。我们都知道，一个线程的请求，不可能是一个方法就直接返回了（很少，至少分层模型，不会直接一个方法做了所有的动作）；那么就会涉及到多个方法的调用，那么这里就是压栈的动作，例如，线程先访问了a方法，那么就会把a方法对应的栈帧压栈入栈；这个时候，如果在a方法中又调用了b方法，那么就会把b方法对应的栈帧进行压栈操作，然后线程就会进入了b方法执行。当b方法执行完成，return的时候，那么我们就会把b方法对应的栈帧进行栈弹出，也就是出栈操作；当a方法执行完成后，return的时候，我们就会把a方法对应的栈帧进行栈弹出。这样就对应了栈的数据结构特性，先进后出规则。

对于一个栈结构，会有多个栈帧，那么当前执行的栈帧，也被称之为“当前栈帧”，按照我们知道执行方式，通常，顶部的栈帧就是当前正在执行的栈帧了。而每个栈帧都会对应了一个方法，那么这个方法就被称之为“当前方法”。每个方法都会属于一个类，这个类也同理，被称之为“当前类”.

栈空间都是线程私有的，也就不会出现数据安全问题了。栈帧之间是不会相互穿插使用的。

言归正传，我们还是继续来聊Java虚拟机栈中的每个线程的每个栈帧中具体存放了些什么数据。

其中主要存放了“局部变量表”、“操作数栈”、“动态链接”、“方法出口”，当然还有一些其他的数据，不止这4类了。

那么这四类大致都是些什么数据呢？

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### 局部变量表： ###

上面也说道了局部变量表，就是对应的我们方法中的一些临时变量，例如，我们在方法中定义了一个fori循环，那么就会有一个循环的下标，那么这个下标就是一个临时变量，当方法执行完成后，这个变量也就释放了。注意，因为栈内存的原因，当我们出栈的时候，该变量就会被释放，都不用等到GC垃圾回收器来回收。

局部变量表中存放了很多Java的基本类型，8大基本类型（此处不写，大家应该都懂，不懂就别学这个了，先去看看Javase）；然后还有一些对象引用的数据，也就是地址值引用的一些局部变量，例如在这个方法中定义了一个Integer minAge = MIN\_AGE，将该对象引用了类常量数据；

然后局部变量表中也存放了返回地址信息“returenAddress”，这个信息，主要是为了给jsr、jsr\_w和ret指令提供服务。

局部变量表我们可以抽象的理解为一个二维表结构数据槽，当在编译时期，该表结构就基本上可以确定了，因为当我们在分析字节码文件的时候，就可以确定出需要定义出哪些数据类型，同时也会申请一定的内存空间，作为线程栈空间使用，倘若内存不够使用了，那么就会出现两种情况，一种是支持动态扩展，也就是说，Java虚拟机支持如果栈内存不够，线程所申请的栈帧高度大于预期的申请，那么就可以动态扩容（同步方式申请），那么如果申请的虚拟机内存也不够了，那么就会出现OutOfMemoryError；如果说，Java虚拟机不允许扩展，那么就会直接出现StackOverflowError ，堆栈溢出问题，因为栈空间不足，单个栈帧超出预期。此处我们也可以学习到，千万不要在某个方法中频繁new大量的对象，使用大量的举报变量，例如，用一个大数组装大数据，且还是局部变量，这样会超出局部变量表中的栈帧的容量设定。（HotSpot虚拟机是不支持栈容量动态扩展了。）

其中我们都知道，长整型，双精度浮点类型都是占用64位长度的，那么所占用的局部变量表槽自然需要多占用一个位置了。这是个小知识点。

### 操作数栈： ###

操作数栈是个栈数据结构的结构，先进后出的特性。也是在编译是时候，被初始化好了的，也就是说，在一开始，编译器就确定了栈的最大深度，就直接初始化好了。

那么操作数栈中存放的是什么数据呢？

我们知道，在栈帧中，也就是一个对应的方法中，会存在很多局部变量的操作，那么也就会出现更多的临时变量，也随之会产生很多的变量执行顺序，那么随之字节码指令的执行，就会将局部变量表中，或者对象的实例中的属性所产生的变量或者常量，将其拷贝至操作数栈中，然后随之字节码指令的执行，也就会有入栈出栈的事件发生（记得有个面试题 i+1的问题，维护i值不变）；那么操作数栈就是存放的是某个方法中执行的临时数据。

### 动态链接： ###

说到这个，首先得说一下后面概念中的“方法区”中的一个区域“运行时常量池”；“运行时常量池”不仅存放的是一些常量数据，还会存放“方法的符号引用”；怎么理解这个“方法的符号引用”呢？就是，我们通常a方法调用b方法，那么a方法调用b方法的方式称之为“符号引用”；那么为什么要存放到“运行时常量池”呢？这就是一个“内存地址的直接引用的过程了”，我们a方法调用b方法，从内存中进行加载b方法真实的对象的方法，而不再是绑死了一个地址。那么为什么存放在“运行时常量池”呢？我们知道，类的元数据，有方法等信息，方法通常来说，经过加载，基本地址不变了，那么就可以抽象的理解为是一种“常量数据”，那么放在“常量池”中也是可以的，且常量池的特性很符合存放此类数据。

那么科普完“内存地址的直接引用”；就该说说动态链接了。在Java虚拟机栈中，每个栈帧都会有一个“指向运行时常量池中的该栈帧所属方法的引用”，这个引用关系就是为了支撑动态代理。

听着就很迷茫，我们理解一下：Java有一大特性：多态。也就是说，我们假设 Pig pig = new ZhuBaJie()；

这个应该知道，我们可以通过猪对象接收一个猪八戒的实例对象。但是在静态解析的时候，我们只能知道pig这个对象执行run()方法，是四只脚跑的。但是我们pig这个对象应该是猪八戒的跑的方式，是两只脚跑的，那么这个时候就不对了。我们在运行期间，所在栈帧中调用的pig.run(）方法，应该是指向的是 ZhuBaJie类中的run()方法。

如果这样举例，是不是就很好理解动态连接的优势了，支持动态解析正确的方法。所以此命名“动态链接”为了解决多态问题中的真实的方法对象。（因为编译时期和运行时期可能不是同一个方法）

### 方法出口： ###

执行一个方法会有两种结果“成功返回”“失败返回”；

我们都碰到过方法中抛出异常，没有进行捕获处理，但是，他这个方法还是一层一层的方法如期返回出去了。除非我们进行了容错处理，提前知道此处会抛出异常，然后并对异常进行了处理，方法才会正常的执行下去，然后成功返回。对于异常处理，每个方法中都会有个异常表，用于存放，每段代码块中所被拦截的异常。

对于正常返回，那么就是遇到了return关键字，或者执行完整方法体

两种返回方式最终的返回位置都会回到该方法所被调用的位置。

正常返回的时候，返回的位置，就是需要程序计数器进行提供数据，可能是一个方法的某个位置，可能是下条指令的地址值。

异常返回的时候，那就得看我们有没有对其进行异常拦截了，这个依赖于异常处理表。如果没有对应的异常处理表处理，那么将会返回到该方法所被调用的位置，但是不会返回任何数据。

### 附加信息： ###

这个就是比较不确定了，可有可无的空间数据。既然提到了，那非得有，那可能就是一些调试相关的数据，在不同的虚拟机实现中，会有不同的结论。

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