JVM内存结构 - 栈

1 栈

        栈是一种“操作受限”的线性表，只涉及在一端插入和删除数据，并且满足后进先出、先进后出的特性。

2 Java虚拟机栈

2.1 定义

        Java 虚拟机栈描述的是 Java 方法执行的内存模型，用于存储栈帧。线程启动时会创建虚拟机栈，每个方法在执行时会在虚拟机栈中创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法返回地址、附加信息等信息。每个方法从调用到执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中的入栈（压栈）到出栈（弹栈）的过程。

• 每个线程运行需要的内存空间，称为虚拟机栈；
• 每个栈由多个栈帧组成，对应着每次方法调用所占用的内存；
• 栈帧：每个方法运行时需要的内存，一个栈帧表示一个方法的调用；
• 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法；

2.2 实例

说明：设置一个简单的Demo，主函数调用method1，method1调用method2，我们观察每个方法入栈的顺序及其它们之间的先后顺序。

public class Demo1_1 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        method1();
    }

    private static void method1() {
        method2(1, 2);
    }

    private static int method2(int a, int b) {
        int c =  a + b;
        return c;
    }
}

1.程序进入主函数，因此需要先把主函数放入栈顶。

2.主函数调用method1，因此将method1压入栈顶。

3.method1调用method2，将method2压入栈顶

 4.执行完成后，依次从栈顶将栈帧取出，并释放。 

3 栈内存溢出

• 栈帧过多导致溢出（递归调用未设置结束条件，导致栈帧不断放入栈，无法释放）
• 栈帧过大导致溢出

4 问题

1. 垃圾回收是否涉及栈内存？

        不需要，每个方法在出栈后自动释放；垃圾回收针对堆内存中的无用对象进行回收。

2. 栈内存分配越大越好吗？

       不是，栈内存过大，会使线程数变少，会影响运行效率，所以正常情况下采用默认值即可。

       不同环境中的默认值：

                 Linux：1024

                macos:1024

                Oracle Solaris: 1024

                Windows:依赖于虚拟内存的默认值

3. 方法内的局部变量是否线程安全？

• 如果方法局部变量没有逃离方法的作用范围，它是线程安全的；
• 如果局部变量引用了对象，并逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全；

实例1：

/**
 * 局部变量的线程安全问题
 */
public class Demo1_18 {

    // 多个线程同时执行此方法，是否会出现X值紊乱的情况
    static void m1() {
        int x = 0;
        for (int i = 0; i < 5000; i++) {
            x++;
        }
        System.out.println(x);
    }
}

答：不会出现紊乱情况

原因：每个线程都有一个单独的虚拟机栈，而且x属于局部变量，隶属于Demo1_18这个方法，运行时以栈帧形式放入栈中，所以在时间运行过程中是在不同栈空间的栈帧里运行的，所以不会影响。

实例2

/**
 * 局部变量的线程安全问题
 */
public class Demo1_17 {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append(4);
        sb.append(5);
        sb.append(6);
        new Thread(()->{
            m2(sb);
        }).start();
    }
    
    //m1是线程安全的
    public static void m1() {      
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append(1);
        sb.append(2);
        sb.append(3);
        System.out.println(sb.toString());
    }

    //m2不是线程安全的，因为参数对象可能被其他线程引用，造成结果紊乱
    public static void m2(StringBuilder sb) {   
        sb.append(1);
        sb.append(2);
        sb.append(3);
        System.out.println(sb.toString());
    }

    public static StringBuilder m3() {          
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append(1);
        sb.append(2);
        sb.append(3);
        return sb;
    }
}