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虚拟机栈的背景
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(JavaVirtualMachineStack),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(StackFrame),对应这个一次次的java方法调用它是线程私有的;
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
6、 对于栈来说不存在垃圾回收问题,但是肯定存在OOM异常;
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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
栈异常代码演示:
/**
* 演示栈中的异常
*/
public class StackErrorTest {
public static void main(String[] args) {
main(args);
}
}
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)
/**
* 演示栈中的异常
*
* 默认情况下:count 11414
* 设置栈的大小: -Xss256k count 2471
*/
public class StackErrorTest {
private static int count = 1;
public static void main(String[] args) {
System.out.println(count);
count++;
main(args);
}
}
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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(StackFrame)**的格式存在(一个线程一个栈);
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(一个方法一个栈帧);
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(CurrentFrame),与当前栈帧对应的方法就是当前方法(CurrentClass);
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;
代码示例:
/**
* 栈帧
*/
public class StackFrameTest {
public static void main(String[] args) {
StackFrameTest test = new StackFrameTest();
test.method1();
//输出 method1()和method2()都作为当前栈帧出现了两次,method3()一次
// method1()开始执行。。。
// method2()开始执行。。。
// method3()开始执行。。。
// method3()执行结束。。。
// method2()执行结束。。。
// method1()执行结束。。。
}
public void method1(){
System.out.println("method1()开始执行。。。");
method2();
System.out.println("method1()执行结束。。。");
}
public int method2(){
System.out.println("method2()开始执行。。。");
int i = 10;
int m = (int) method3();
System.out.println("method2()执行结束。。。");
return i+m;
}
public double method3(){
System.out.println("method3()开始执行。。。");
double j = 20.0;
System.out.println("method3()执行结束。。。");
return j;
}
}
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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
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
/**
* 面试题:
* 方法中定义的局部变量是否线程安全?具体情况具体分析
*
* 何为线程安全?
* 如果只有一个线程可以操作此数据,则必定是线程安全的。
* 如果有多个线程操作此数据,则此数据是共享数据。如果不考虑同步机制的话,会存在线程安全问题
*
* 我们知道StringBuffer是线程安全的源码中实现synchronized,StringBuilder源码未实现synchronized,在多线程情况下是不安全的 * 二者均继承自AbstractStringBuilder * */
public class StringBuilderTest {
//s1的声明方式是线程安全的,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的操作过程:是不安全的,因为method2可以被多个线程调用
public static void method2(StringBuilder stringBuilder){
stringBuilder.append("a");
stringBuilder.append("b");
}
//s1的操作:是线程不安全的 有返回值,可能被其他线程共享
public static StringBuilder method3(){
StringBuilder s1 = new StringBuilder();
s1.append("a");
s1.append("b");
return s1;
}
//s1的操作:是线程安全的 ,StringBuilder的toString方法是创建了一个新的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);
}
}