虚拟机栈

技术文章 1年前 (2020) 完美者
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虚拟机栈背景

由于跨平台性的设计,java的指令都是根据栈来设计的。不同平台CPU架构不同,所以不能设计为基于寄存器的。

根据栈设计的优点是跨平台,指令集小,编译器容易实现,缺点是性能下降,实现同样的功能需要更多的指令。

内存中的堆与栈

栈是运行时的单位,而堆是存储的单位

1.栈解决程序的运行问题,即程序如何执行,或者说如何处理数据。堆解决的是数据存储的问题,即数据怎么放、放在哪儿。

2.一般来讲,对象主要都是放在堆空间的,是运行时数据区比较大的一块

3.栈空间存放 基本数据类型的局部变量,以及引用数据类型的对象的引用

Java虚拟机栈的特点

1.java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stack),早期也叫Java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),对应这个一次次的java方法调用。它是线程私有的

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2.生命周期和线程是一致的

3.栈是一种快速有效的分配存储方式,访问速度仅次于PC寄存器(程序计数器)

4.作用:主管java程序的运行,它保存方法的局部变量、8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。

局部变量:相较于成员变量(成员变量或称属性)

基本数据变量:8种基本数据类型

引用类型变量:类,数组,接口

5.JVM直接对java栈的操作只有两个

(1)每个方法执行,伴随着进栈(入栈,压栈)

(2)执行结束后的出栈工作

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6.对于栈来说不存在垃圾回收问题,但是肯定存在OOM异常

 

下面接着说Java虚拟机栈的异常

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

  • 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
  • 如果java虚拟机栈可以动态拓展,并且在尝试拓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

设置栈的内存大小

我们可以使用参数-Xss选项来设置线程的最大栈空间,栈的大小直接决定了函数调用的最大可达深度。 (IDEA设置方法:Run-EditConfigurations-VM options 填入指定栈的大小-Xss256k)

Java虚拟机栈的存储结构和运行原理

1.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

2.在这个线程上正在执行的每个方法都对应各自的一个栈帧

3.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

4.JVM直接对java栈的操作只有两个,就是对栈帧的压栈和出栈,遵循先进后出/后进先出的和原则。

5.在一条活动线程中,一个时间点上,只会有一个活动的栈帧。即只有当前正在执行的方法的栈帧(栈顶栈帧)是有效的,这个栈帧被称为当前栈帧(Current Frame),与当前栈帧对应的方法就是当前方法(Current Frame)

6.执行引擎运行的所有字节码指令只针对当前栈帧进行操作

7.如果在该方法中调用了其他方法,对应的新的栈帧会被创建出来,放在栈的顶端,成为新的当前栈帧。

8.不同线程中所包含的栈帧是不允许相互引用的,即不可能在另一个栈帧中引用另外一个线程的栈帧

9.如果当前方法调用了其他方法,方法返回之际,当前栈帧会传回此方法的执行结果给前一个栈帧,接着,虚拟机会丢弃当前栈帧,使得前一个栈帧重新成为当前栈帧

10.Java方法有两种返回函数的方式,一种是正常的函数返回,使用return指令;另外一种是抛出异常。不管使用哪种方式,都会导致栈帧被弹出。


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虚拟机栈的相关面试题

1.举例栈溢出的情况?(StackOverflowError)

  • 递归调用等,通过-Xss设置栈的大小;

2.调整栈的大小,就能保证不出现溢出么?

  • 不能 如递归无限次数肯定会溢出,调整栈大小只能保证溢出的时间晚一些,极限情况会导致OOM内存溢出(Out Of Memery Error)注意是Error

3.分配的栈内存越大越好么?

  • 不是 会挤占其他线程的空间

4.垃圾回收是否会涉及到虚拟机栈?

  • 不会

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  • 关于Error我们再多说一点,上面的讨论不涉及Exception
  • 首先Exception和Error都是继承于Throwable 类,在 Java 中只有 Throwable 类型的实例才可以被抛出(throw)或者捕获(catch),它是异常处理机制的基本组成类型。
  • Exception和Error体现了JAVA这门语言对于异常处理的两种方式。
  • Exception是java程序运行中可预料的异常情况,咱们可以获取到这种异常,并且对这种异常进行业务外的处理。
  • Error是java程序运行中不可预料的异常情况,这种异常发生以后,会直接导致JVM不可处理或者不可恢复的情况。所以这种异常不可能抓取到,比如OutOfMemoryError、NoClassDefFoundError等。
  • 其中的Exception又分为检查性异常和非检查性异常。两个根本的区别在于,检查性异常 必须在编写代码时,使用try catch捕获(比如:IOException异常)。非检查性异常 在代码编写使,可以忽略捕获操作(比如:ArrayIndexOutOfBoundsException),这种异常是在代码编写或者使用过程中通过规范可以避免发生的。

5.方法中定义的局部变量是否线程安全?

  • 要具体情况具体分析

虚拟机栈

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版权声明:完美者 发表于 2020-09-17 22:22:30。
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