一、虛拟機棧的背景
基于Java的語言的
跨平台性
設計，由因為CPU的架構不同，是以JVM不能設計為基于寄存器結構
根據棧設計
優點：1. 跨平台 2.指令集小，編譯器容易實作
缺點 ：1.性能下降，效率低 2.實作同樣功能需要更多的指令
JVM的堆與棧
棧是運作時的機關，堆是儲存機關：棧管運作，堆管儲存
- 棧解決程式的運作問題，即程式如何執行，或者說如何處理資料。堆解決的是資料存儲的問題，即資料怎麼放、放在哪兒
- 一般來講，對象主要都是放在堆空間的，是運作時資料區占用記憶體較大的一部分
- 棧存放基本
資料類型的局部變量
引用資料類型對象的引用
二、Java虛拟機棧的特點與作用
1. Java虛拟機棧的特點
1.Java虛拟棧(Java Virtual Machine Stack)，起初也叫Java棧，每個線程在建立是都會建立一個虛拟機棧，其内部儲存一個個的棧幀(Stack Frame)，對應一個線程中每個方法的調用，
它是線程私有
2.聲明周期與建立它的線程一緻
3.棧是一種快速有效的配置設定存儲方式，通路速度僅次于
程式計數器
4.JVM對Java虛拟機棧的操作隻有兩個
- 每個方法執行前，伴随的入棧
- 方法執行完畢後的出棧
5.Java虛拟機棧沒有GC問題，但存在OutOfMemoryError與StackOverflowError
2. Java虛拟機棧的作用
負責Java程式的運作，它儲存方法的局部變量、8種基本資料類型、對象的引用位址、部分結果，并參與方法的調用和傳回
局部變量是相對于成員變量(屬性)：如不清楚，可以參考：
https://www.cnblogs.com/battlecry/p/9373993.html三、Java虛拟機棧異常
Java虛拟機規範允許Java棧的大小是動态的或者是固定不變的
Java棧的大小是固定不變導緻：StackOverflowError
如果采用固定大小的Java虛拟機棧，那每一個線程的Java虛拟機棧容量可以線上程建立的時候獨立標明。如果線程請求配置設定的棧容量超過Java虛拟機棧允許的最大容量，Java虛拟機将會抛出一個 StackOverFlowError異常
/**
* 示範棧中的異常：StackOverflowError
*/
public class StackErrorTest {
public static void main(String[] args) {
main(args);
}
} 解決辦法：我們可以使用參數-Xss選項來設定線程的最大棧空間，棧的大小直接決定了函數調用的最大可達深度(IDEA設定方法：Run-EditConfigurations-VM options 填入指定棧的大小-Xss256k)
/**
* 示範棧中的異常
*
* 預設情況下：count 10818
* 設定棧的大小： -Xss256k count 1872
*/
public class StackErrorTest {
private static int count = 1;
public static void main(String[] args) {
System.out.println(count);
count++;
main(args);
}
} Java棧的大小是動态導緻：OOM(OutOfMemoryError)
如果Java虛拟機棧可以動态拓展，并且在嘗試拓展的時候無法申請到足夠的記憶體，或者在建立新的線程時沒有足夠的記憶體去建立對應的虛拟機棧，那Java虛拟機将會抛出一個 OutOfMemoryError異常
四、Java虛拟棧的存儲結構和運作原理
1.每個線程都有自己的棧，棧中的資料都是以棧幀(Stack Frame)的格式存在
2.在這個線程上正在執行的每個方法都對應各自的一個棧幀
3.棧幀是一個記憶體區塊，是一個資料集，維系着方法執行過程中的各種資料資訊
4.JVM直接對Java棧的操作隻有兩個，就是對棧幀的壓棧和出棧，遵循先進後出(FILO)的和原則
5.在一條活動線程中，一個時間點上，隻會有一個活動的棧幀。即隻有目前正在執行的方法的棧幀(棧頂棧幀)是有效的，這個棧幀被稱為目前棧幀(Current Frame),與目前棧幀對應的方法就是目前方法(Current Frame)
6.執行引擎運作的所有位元組碼指令隻針對目前棧幀進行操作
7.如果在該方法中調用了其他方法，對應的新的棧幀會被建立出來，放在棧的頂端，成為新的目前棧幀。
8.不同線程中所包含的棧幀是不允許互相引用的，即不可能在另一個棧幀中引用另外一個線程的棧幀
9.如果目前方法調用了其他方法，方法傳回之際，目前棧幀會傳回此方法的執行結果給前一個棧幀，接着，虛拟機會丢棄目前棧幀，使得前一個棧幀重新成為目前棧幀
10.Java方法有兩種傳回函數的方式，一種是正常的函數傳回，使用return指令；另外一種是抛出異常，不管使用哪種方式，都會導緻棧幀被彈出
/**
* 棧幀執行順序示範
*/
public class StackFrameTest {
public static void main(String[] args) {
StackFrameTest test = new StackFrameTest();
test.method1();
// 輸出 method1()和method2()都作為目前棧幀出現了兩次，method3()一次
// method1()開始執行。。。
// method2()開始執行。。。
// method3()開始執行。。。
// method3()執行結束。。。
// method2()執行結束。。。
// method1()執行結束。。。
}
public void method1(){
System.out.println("method1()開始執行。。。");
method2();
System.out.println("method1()執行結束。。。");
}
public int method2(){
System.out.println("method2()開始執行。。。");
int i = 10;
int m = (int) method3();
System.out.println("method2()執行結束。。。");
return i+m;
}
public double method3(){
System.out.println("method3()開始執行。。。");
double j = 20.0;
System.out.println("method3()執行結束。。。");
return j;
}
} 五、Java虛拟棧相關面試題
1.舉例棧溢出的情況?(StackOverflowError)
- 遞歸調用等，通過-Xss設定棧的大小；
2.調整棧的大小，就能保證不出現溢出麼？
- 不能 如遞歸無限次數肯定會溢出，調整棧大小隻能保證溢出的時間晚一些，極限情況會導緻OOM記憶體溢出(Out Of Memery Error)
3.配置設定的棧記憶體越大越好麼？
- 不是 會擠占其他線程的空間
4.垃圾回收是否會涉及到虛拟機棧？
- 不會
-
5.方法中定義的局部變量是否線程安全?
- 要分析具體情況
/** * 面試題： * 方法中定義的局部變量是否線程安全？具體情況具體分析 * * 何為線程安全？ * 如果隻有一個線程可以操作此資料，則必定是線程安全的。 * 如果有多個線程操作此資料，則此資料是共享資料。如果不考慮同步機制的話，會存線上程安全問題 * * 我們知道StringBuffer是線程安全的源碼中實作synchronized，StringBuilder源碼未實作synchronized,在多線程情況下是不安全的 **/ public class StringBuilderTest { //s1的聲明方式是線程安全的，s1在方法method1内部消亡了 public static void method1(){ StringBuilder s1 = new StringBuilder(); s1.append("a"); s1.append("b"); } //stringBuilder的操作過程：是不安全的，因為method2可以被多個線程調用 public static void method2(StringBuilder stringBuilder){ stringBuilder.append("a"); stringBuilder.append("b"); } //s1的操作：是線程不安全的，将自己傳回，可能被其他線程共享 public static StringBuilder method3(){ StringBuilder s1 = new StringBuilder(); s1.append("a"); s1.append("b"); return s1; } //s1的操作：是線程安全的 ，StringBuilder的toString方法是建立了一個新的String，s1在内部消亡了 public static String method4(){ StringBuilder s1 = new StringBuilder(); s1.append("a"); s1.append("b"); return s1.toString(); } public static void main(String[] args) { StringBuilder s = new StringBuilder(); new Thread(()->{ s.append("a"); s.append("b"); }).start(); method2(s); } }
![Java小案例——随機數猜測随機數猜測[圖]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACwAAAAAAQABAAACAkQBADs=)