受多種情況的影響，又開始看JVM 方面的知識。

1、Java 實在過于內(nèi)卷，沒法不往深了學(xué)。

2、面試題問的多，被迫學(xué)習(xí)。

3、純粹的好奇。
很喜歡一句話：“八小時內(nèi)謀生活，八小時外謀發(fā)展。”
— 望別日與君相見時，君已有所成。
共勉

來源：b站說唱新時代中 剁椒沙丁魚隊《世界以痛吻我》中歌手:于貞

作者：博主制作

原因：人美聲甜可愛可辣可酷（我才不會說是我喜歡的） 🤸?♂?🤸?♂?🤸?♂?

JVM-虛擬機(jī)棧詳解 附面試高頻題 （手畫多圖）

• • 一、虛擬機(jī)棧概述
  • 二、棧幀
  • • 2.1、棧與棧楨:
    • 2.2、棧幀概述
    • 2.3、想一想我們遇到過哪些與棧相關(guān)的異常？
    • 2.4、設(shè)置棧內(nèi)存大小
    • 2.5、局部變量表
    • • 概述：
      • 局部變量的存放 Slot（變量槽）
      • 靜態(tài)變量與局部變量的對比
    • 2.6、操作數(shù)棧
    • 2.7、動態(tài)鏈接
    • • 概述
      • 鏈接
    • 2.8、方法返回地址
    • • 異常表：
    • 2.9、一些附加信息
  • 面試
  • 自言自語

一、虛擬機(jī)棧概述

先給大家來看一下 運行時數(shù)據(jù)區(qū)的圖示👇

如果大家沒咋了解Java的內(nèi)存結(jié)構(gòu)，就常會粗粒度地將JVM中的內(nèi)存區(qū)理解為僅有Java堆（heap）和Java戰(zhàn)（stack）？為什么？🤳🧐

首先棧是運行時的單位，而堆是存儲的單位

• 棧解決程序的運行問題，即程序如何執(zhí)行，或者說如何處理數(shù)據(jù)。
• 堆解決的是數(shù)據(jù)存儲的問題，即數(shù)據(jù)怎么放，放哪里

不過今天我們討論的是虛擬機(jī)棧。堆的文章之后才更👨?💻。

虛擬機(jī)棧：java虛擬機(jī)棧是線程私有的，他與線程的聲明周期同步。虛擬機(jī)棧描述的是java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型，每個方法執(zhí)行都會創(chuàng)建一個棧幀，棧幀包含局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)連接、方法出口等。

注意： 🏂

它的執(zhí)行速度僅次于程序計數(shù)器

對于棧來說不存在垃圾回收問題

主管Java程序的運行，它保存方法的局部變量、部分結(jié)果，并參與方法的調(diào)用和返回。

二、棧幀

2.1、棧與棧楨:

每一個方法的執(zhí)行到執(zhí)行完成，對應(yīng)著一個棧幀在虛擬機(jī)中從入棧到出棧的過程。 👨?🚀
1、java虛擬機(jī)棧棧頂?shù)臈褪钱?dāng)前執(zhí)行方法的棧幀，PC寄存器會指向該地址。👇
2、當(dāng)這個方法調(diào)用其他方法的時候就會創(chuàng)建一個新的棧幀，這個新的棧幀會被方法Java虛擬機(jī)棧的棧頂，變?yōu)楫?dāng)前的活動棧，在當(dāng)前只有當(dāng)前活動棧的本地變量才能被使用，
3、當(dāng)這個棧幀所有指令都完成的時候，這個棧幀被移除，之前的棧幀變?yōu)榛顒訔?#xff0c;前面移除棧幀的返回值變?yōu)檫@個棧幀的一個操作數(shù)。

2.2、棧幀概述

棧幀(Stack Frame)是用于支持虛擬機(jī)進(jìn)行方法調(diào)用和方法執(zhí)行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它是虛擬機(jī)運行時數(shù)據(jù)區(qū)的虛擬機(jī)棧(Virtual Machine Stack)的棧元素。每個棧幀都包含了：

局部變量表

操作數(shù)棧（或表達(dá)式棧）

動態(tài)連接 （或指向運行時常量池的方法引用）

方法返回地址（或方法正常退出或者異常退出的定義）

一些額外的附加信息
👩?💻
在編譯代碼的時，棧幀中需要多大的局部變量表，多深的操作數(shù)棧都已經(jīng)完全確定了，并且寫入到了方法表的Code屬性中，因此一個棧幀需要分配多少內(nèi)存，不會受到程序運行期變量數(shù)據(jù)的影響，而僅僅取決于具體虛擬機(jī)的實現(xiàn)。

如下圖：

左邊是通過javap -v 類名的.class 命令反編譯出來的。注意啊，得在生成目標(biāo)文件夾目錄下👇

我們通過上圖可以看到，在編譯過程中，已經(jīng)給每個棧楨分配好了 操作數(shù)棧 的深度啊，局部變量表的大小等等。

局部變量表是4的原因：雖然我們在這個方法中只定義了a,b,c 三個局部變量，但是大家還記得 this嗎，你沒有想錯，確實在這個局部變量表中，第一個是this。更深層次解釋不了，技術(shù)不夠。😂。到局部變量部分帶大家一起看。

在這里插一句哈，如果大家不熟悉這種命令行去反編譯的話，在這里介紹一個idea 的插件。

放心哈，那插件作者肯定沒給我打錢，我是感覺真的挺可的，對于我們新手學(xué)習(xí)這方面。

名字: jclasslib Bytecode Viewer

用法

我們將一個類編譯完后，兄弟們，編譯沒有問題吧。不行，感覺還是要貼出來哈。

編譯完成之后。我們打開 菜單中 -->view 選項。

里面的具體的東東靠大家慢慢發(fā)掘了哈，我們還是回歸正文啦。給大家個Oracle 的JVM 官方規(guī)范。方便指令的查找解釋哈。

2.3、想一想我們遇到過哪些與棧相關(guān)的異常？

Java 虛擬機(jī)規(guī)范允許Java棧的大小是動態(tài)的或者是固定不變的。 🏄?♂?

1、如果采用固定大小的Java虛擬機(jī)棧，那每一個線程的Java虛擬機(jī)棧容量可以在線程創(chuàng)建的時候獨立選定。如果線程請求分配的棧容量超過Java虛擬機(jī)棧允許的最大容量，Java虛擬機(jī)將會拋出一個``StackoverflowError `異常。(棧溢出)

舉個栗子:相信大家肯定學(xué)過遞歸算法，如果它一直沒有出口，結(jié)果就是棧溢出。🚣?♂?

2、如果Java虛擬機(jī)棧可以動態(tài)擴(kuò)展，并且在嘗試擴(kuò)展的時候無法申請到足夠的內(nèi)存，或者在創(chuàng)建新的線程時沒有足夠的內(nèi)存去創(chuàng)建對應(yīng)的虛擬機(jī)棧，那Java虛擬機(jī)將會拋出一個 OutOfMemoryError 異常。（也就是內(nèi)存溢出異常OOM）

2.4、設(shè)置棧內(nèi)存大小

剛剛大家也看到了，我們可以使用參數(shù) -Xss選項來設(shè)置線程的最大棧空間，棧的大小直接決定了函數(shù)調(diào)用的最大可達(dá)深度。

-Xss1m // m 是Mb -Xss1k // k 是Kb

2.5、局部變量表

概述：

局部變量表：Local Variables，被稱之為局部變量數(shù)組或本地變量表。定義為一個數(shù)字?jǐn)?shù)組，主要用于存儲方法參數(shù)和定義在方法體內(nèi)的局部變量這些數(shù)據(jù)類型包括各類基本數(shù)據(jù)類型、對象引用（reference），以及returnAddress類型。
局部變量表是線程私有的。

局部變量表所需的容量大小是在編譯期確定下來的，并保存在方法的Code屬性的maximum local variables數(shù)據(jù)項中。在方法運行期間是不會改變局部變量表的大小的。

局部變量表中的變量只在當(dāng)前方法調(diào)用中有效。在方法執(zhí)行時，虛擬機(jī)通過使用局部變量表完成參數(shù)值到參數(shù)變量列表的傳遞過程。當(dāng)方法調(diào)用結(jié)束后，隨著方法棧幀的銷毀，局部變量表也會隨之銷毀。

👨?💻👨?🚀🤹?♂?🤽?♂?🏌??♂?🐱?🚀🐱?🐉🎊🧬🚀🛫🚢🛸🚤?🌈🌊
悄咪咪試一波小表情，課間休息會，怕看疲憊了，就放棄繼續(xù)看下去啦哈。🤗

局部變量的存放 Slot（變量槽）

參數(shù)值的存放總是在局部變量數(shù)組的index0開始，到數(shù)組長度-1的索引結(jié)束。🤭

局部變量表，最基本的存儲單元是Slot（變量槽）局部變量表中存放編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類型（8種），引用類型（reference），returnAddress類型的變量。

在局部變量表里，32位以內(nèi)的類型只占用一個slot（包括returnAddress類型），64位的類型（long和double）占用兩個slot。

JVM會為局部變量表中的每一個Slot都分配一個訪問索引，通過這個索引即可成功訪問到局部變量表中指定的局部變量值。

靜態(tài)變量與局部變量的對比

變量的分類：😜

• 按數(shù)據(jù)類型分：基本數(shù)據(jù)類型、引用數(shù)據(jù)類型
• 按類中聲明的位置分：成員變量（類變量，實例變量）、局部變量
  • 類變量：linking的paper階段，給類變量默認(rèn)賦值，init階段給類變量顯示賦值即靜態(tài)代碼塊
  • 實例變量：隨著對象創(chuàng)建，會在堆空間中分配實例變量空間，并進(jìn)行默認(rèn)賦值
  • 局部變量：在使用前必須進(jìn)行顯式賦值，不然編譯不通過。

🎅

我們知道類變量表有兩次初始化的機(jī)會，第一次是在“準(zhǔn)備階段”，執(zhí)行系統(tǒng)初始化，對類變量設(shè)置零值，另一次則是在“初始化”階段，賦予程序員在代碼中定義的初始值。

和類變量初始化不同的是，局部變量表不存在系統(tǒng)初始化的過程。這意味著如果創(chuàng)建了局部變量，并且在使用前不對它進(jìn)行顯示賦值，那么將無法通過編譯。

在棧幀中，與性能調(diào)優(yōu)關(guān)系最為密切的部分就是前面提到的局部變量表。在方法執(zhí)行時，虛擬機(jī)使用局部變量表完成方法的傳遞。
🛀
局部變量表中的變量也是重要的垃圾回收根節(jié)點，只要被局部變量表中直接或間接引用的對象都不會被回收。

2.6、操作數(shù)棧

1、每一個獨立的棧幀除了包含局部變量表以外，還包含一個后進(jìn)先出（Last - In - First -Out）的 操作數(shù)棧，也可以稱之為 表達(dá)式棧（Expression Stack）🤪

操作數(shù)棧，在方法執(zhí)行過程中，根據(jù)字節(jié)碼指令，往棧中寫入數(shù)據(jù)或提取數(shù)據(jù)，即入棧（push）和 出棧（pop）

• 某些字節(jié)碼指令將值壓入操作數(shù)棧，其余的字節(jié)碼指令將操作數(shù)取出棧。使用它們后再把結(jié)果壓入棧
• 比如：執(zhí)行復(fù)制、交換、求和等操作
  🤦?♂?
  2、操作數(shù)棧，主要用于保存計算過程的中間結(jié)果，同時作為計算過程中變量臨時的存儲空間。

3、每一個操作數(shù)棧都會擁有一個明確的棧深度用于存儲數(shù)值，其所需的最大深度在編譯期就定義好了，保存在方法的Code屬性中，為maxstack的值。

4、操作數(shù)棧的每一個元素可以是任意Java數(shù)據(jù)類型，32位的數(shù)據(jù)類型占一個棧容量，64位的數(shù)據(jù)類型占2個棧容量,且在方法執(zhí)行的任意時刻，操作數(shù)棧的深度都不會超過max_stacks中設(shè)置的最大值。

5、操作數(shù)棧并非采用訪問索引的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問的，而是只能通過標(biāo)準(zhǔn)的入棧和出棧操作來完成一次數(shù)據(jù)訪問

6、如果被調(diào)用的方法帶有返回值的話，其返回值將會被壓入當(dāng)前棧幀的操作數(shù)棧中，并更新PC寄存器中下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令。

public void stackTest() {int a = 10;int b = 21;int c = a + b; } 0 bipush 10 // 10被壓入操作數(shù)堆棧。 2 istore_1 //從操作數(shù)堆棧中彈出一個數(shù) ，將這個數(shù)賦值給局部變量 a 這里istore_的索引之所以是一，而不是0，是因為局部變量表中，第一個放進(jìn)去的是this。 static方法中 沒有 this，那個時候索引才是從0開始。3 bipush 215 istore_2 // 同上6 iload_1 // iload_<n> <n > 必須是當(dāng)前幀的局部變量數(shù)組的索引。< n >處的局部變量必須包含一個int. < n >處的局部變量的值被壓入操作數(shù)堆棧。7 iload_28 iadd // 執(zhí)行 add 操作9 istore_3 // 將結(jié)果賦值到局部變量 索引為3的變量上。 10 return

我想看完這個gif動圖 ，我想大家大概能夠明白操作數(shù)棧是一個什么樣的流程了吧，或者已經(jīng)明白了吧。如果沒有明白的話，可以留言評論哈。

2.7、動態(tài)鏈接

概述

動態(tài)鏈接（Dynamic Linking）: 每個棧幀都保存了 一個 可以指向當(dāng)前方法所在類的 運行時常量池, 目的是: 當(dāng)前方法中如果需要調(diào)用其他方法的時候, 能夠從運行時常量池中找到對應(yīng)的符號引用, 然后將符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用,然后就能直接調(diào)用對應(yīng)方法, 這就是動態(tài)鏈接。 比如：invokedynamic指令
👍

在Java源文件被編譯到字節(jié)碼文件中時，所有的變量和方法引用都作為符號引用（symbolic Reference）保存在class文件的常量池里。

小思考：為什么需要運行時常量池？

因為在不同的方法，都可能調(diào)用常量或者方法，所以只需要存儲一份即可，節(jié)省了空間。

常量池的作用：就是為了提供一些符號和常量，便于指令的識別

比如：描述一個方法調(diào)用了另外的其他方法時，就是通過常量池中指向方法的符號引用來表示的，那么動態(tài)鏈接的作用就是為了將這些符號引用轉(zhuǎn)換為調(diào)用方法的直接引用。

講這么這么多，沒有親眼見過，其實還是會對所謂的動態(tài)鏈接感到陌生的，因為我也是的，所以接下來👇 給大家舉了栗子和圖哦。

1、代碼部分

2、通過 javap -v 類名.class 進(jìn)行反編譯后

• main 方法

• 描述一個方法調(diào)用了另外的其他方法時，就是通過常量池中指向方法的符號引用來表示的 。

• 注意圖中 調(diào)用test 方法中的那一行指令 invokevirtual #6 // Method test:()V

• invokevirtual #6 ：調(diào)用實例方法；基于類調(diào)度 。

• 那么#6是什么意思呢？ 這就牽扯到了常量池啦。

• 我們接著來看一下 常量池（Constant pool）

• #6 又接著指向了 #4.#33 但其實 # 6 后面的注釋已經(jīng)講出來了。// StackFrameTest.test:()V

• #4 是 Class, StackFrameTest 實例。

• #33 又接著執(zhí)行#15:#9 也就是后面的注解 // test:() V

• test 說的是方法名 （）V 說的返回值是 void。

鏈接

靜態(tài)鏈接：

當(dāng)一個字節(jié)碼文件被裝載進(jìn)JVM內(nèi)部時，如果被調(diào)用的目標(biāo)方法在編譯期克制，且運行期保持不變時，這種情況下降調(diào)用方法的符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用的過程稱之為靜態(tài)鏈接

動態(tài)鏈接：

如果被調(diào)用的方法在編譯期無法被確定下來，也就是說，只能夠在程序運行期將調(diào)用的方法的符號轉(zhuǎn)換為直接引用，由于這種引用轉(zhuǎn)換過程具備動態(tài)性，因此也被稱之為動態(tài)鏈接。

這個動態(tài)鏈接只從粗略的角度講了，里面其實還有一些內(nèi)容沒講，考慮到篇幅過長，有時間會再補(bǔ)一篇動態(tài)鏈接的文章。

2.8、方法返回地址

存放調(diào)用該方法的pc寄存器的值。當(dāng)一個方法開始執(zhí)行后，只有兩種方式可以退出這個方法：

• 正常完成出口：執(zhí)行引擎遇到任意一個方法返回的字節(jié)碼指令（return），會有返回值傳遞給上層的方法調(diào)用者，簡稱正常完成出口；究竟需要使用哪一個返回指令，還需要根據(jù)方法返回值的實際數(shù)據(jù)類型而定。

• 異常完成出口 ：在方法執(zhí)行過程中遇到異常（Exception），并且這個異常沒有在方法內(nèi)進(jìn)行處理，也就是只要在本方法的異常表中沒有搜索到匹配的異常處理器，就會導(dǎo)致方法退出，簡稱異常完成出口。

無論通過哪種方式退出，在方法退出后都返回到該方法被調(diào)用的位置。方法正常退出時，調(diào)用者的pc計數(shù)器的值作為返回地址，即調(diào)用該方法的指令的下一條指令的地址。而通過異常退出的，返回地址是要通過異常表來確定，棧幀中一般不會保存這部分信息。

異常表：

方法執(zhí)行過程中，拋出異常時的異常處理，存儲在一個異常處理表，方便在發(fā)生異常的時候找到處理異常的代碼

本質(zhì)上，方法的退出就是當(dāng)前棧幀出棧的過程。此時，需要恢復(fù)上層方法的局部變量表、操作數(shù)棧、將返回值壓入調(diào)用者棧幀的操作數(shù)棧、設(shè)置PC寄存器值等，讓調(diào)用者方法繼續(xù)執(zhí)行下去。

正常完成出口和異常完成出口的區(qū)別在于：通過異常完成出口退出的不會給他的上層調(diào)用者產(chǎn)生任何的返回值。

2.9、一些附加信息

棧幀中還允許攜帶與Java虛擬機(jī)實現(xiàn)相關(guān)的一些附加信息。例如：對程序調(diào)試提供支持的信息。

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課間休息會哈 接著看題啦

面試

面試提問：

1、這個棧內(nèi)存大小是設(shè)置的越大越好嗎？？？？是的話，是為什么？不是的話，又是為什么？

• 不是，一定時間內(nèi)降低了OOM概率，但是會擠占其它的線程空間，因為整個空間是有限的。

2、垃圾回收是否涉及到虛擬機(jī)棧？

• 不會

3、方法中定義的局部變量是否線程安全？

• 具體問題具體分析。看到這一點你可能會產(chǎn)生一些疑惑，我也理解。
• 為什么會產(chǎn)生疑惑呢？我講過局部變量表是線程私有的，竟然都是私有的，肯定是線程安全的啊，但是這有一個前提的，如果這個局部變量在方法內(nèi)部產(chǎn)生，又在方法內(nèi)部消亡，生命周期是和棧楨相同的，那么可以肯定是它是線程安全的。但是如果這個方法是需要接收參數(shù)，或者是需要返回值，那么這個時候就可以需要具體分析啦。

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自言自語

這兩天河南發(fā)生了大暴雨，希望他們平安度過！！！

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兄弟們，還是一起躺平吧。內(nèi)卷太累辣吧。。。
👩?💻->👨?💻🛌🛌

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JVM-虚拟机栈详解 附面试高频题 （手画多图）！！！深入浅出，绝对值得收藏哈！！！的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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