虚拟机栈的动态扩展

博客介绍了Java虚拟机栈的内存模型,每个方法执行对应栈帧入栈到出栈过程。还提到函数调用链深时栈空间不足会导致StackOverflow,介绍了动态扩展机制以避免该问题,JVM未实现此功能,动态栈有Segmented stack和Stack copying两种方法。

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虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法在执行的同时会创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从电泳直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

动态扩展

函数调用需要使用栈,如果函数调用链很深(递归的时候很常见),栈的空间不够就会出StackOverflow。
动态扩展就是在栈空间不够的时候,自动加大栈的空间,避免StackOverflow,JVM是没有实现这个功能的。
动态栈通常有两种方法:Segmented stack和Stack copying。
Segmented stack可以简单理解成一个双向链表把多个栈连接起来,一开始只分配一个栈,这个栈的空间不够时,就再分配一个,用链表一个一个连起来。
Stack copying就是在栈不够的时候,分配一个更大的栈,然后把原来的栈复制过去。

### Java虚拟机的作用及工作原理 #### 1. Java虚拟机的作用 Java虚拟机Java Virtual Machine Stack)是Java虚拟机中的重要组成部分之一,主要负责管理Java程序的运行过程。它的核心职责包括以下几个方面[^1]: - **保存方法的局部变量**:这些变量可以是基本数据类型的值或者是对象的引用地址。 - **保存部分计算结果**:在方法执行过程中产生的中间结果会被临时存储在中。 - **支持方法调用和返回**:每当一个方法被调用时,会为其创建一个新的并将其压入当前线程的虚拟机;当方法执行完毕后,该会被弹出。 #### 2. 工作原理 Java虚拟机通过一系列来完成上述功能。以下是其具体工作机制: ##### (1)结构 每个由三部分组成[^2]: - **局部变量表**:用于存储方法参数以及方法内部定义的局部变量。对于实例方法而言,第一个槽位通常用来存储`this`指针。 - **操作数**:作为运算的核心区域,所有的字节码指令最终都会依赖于此来进行实际的数据处理。 - **其他信息**:如动态链接、方法出口等辅助信息。 ##### (2)的操作机制 - 当某个线程启动时,相应的虚拟机也会随之建立起来,并且在整个线程生命期内一直存在。 - 方法调用发生时,会在当前线程的虚拟机上新增加一个;反之,当方法执行完成后,则移除这个。 ##### (3)异常情况 由于资源有限,在某些特殊情况下可能会引发如下两种常见错误[^3]: - `StackOverflowError`: 这通常是由于单个线程内的递归层次过深或者其他原因导致所需空间超出预设上限所引起。 - `OutOfMemoryError`: 若允许动态扩展但又无法获取更多可用内存时会出现这种情况; 或者是在新建线程却无足够内存分配给相应的新时同样会发生此类问题。 ```python def factorial(n): if n == 0: return 1 else: return n * factorial(n - 1) try: result = factorial(9999) # 可能触发StackOverflowError except Exception as e: print(f"An error occurred: {e}") ``` 此代码片段展示了如何可能因过度递归而导致溢出的情况。
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