jvm中的栈简介

• 一、JVM体系结构
• 二、栈是什么？
• 三、栈的特性
• 四、栈帧
• 五、栈的运行原理
• • 5.1 运行原理
  • 5.2 代码示例
  • • 5.2.1 方法的入栈和出栈
    • 5.2.2 没有捕获异常
    • 5.2.3 捕获异常
• 六、栈帧的内部结构
• 七、运行时数据区，哪些部分存在Error和GC？
• 八、本文源码

一、JVM体系结构

二、栈是什么？

我们这次讲的是JVM中的栈，栈在JVM中的位置如图所示：

栈（stack）又名堆栈，它是一种运算受限的线性表。限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。这一端被称为栈顶，相对地，把另一端称为栈底。向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈，它是把新元素放到栈顶元素的上面，使之成为新的栈顶元素；从一个栈删除元素又称作出栈或退栈，它是把栈顶元素删除掉，使其相邻的元素成为新的栈顶元素。【百度百科】

关于栈的动画小视频可以更好的理解栈。秒懂百科：http://baike.baidu.com/l/m2YkZz0z

上述百度百科的概念比较抽象，可能比较难以理解。下面用大白话讲一下就能很好的理解了。

栈、栈顶、栈底、入栈、出栈，这几个概念要先有个印象。

你可以把栈当作是一个没有盖子的箱子，这个箱子就是栈，箱子的底部就叫作栈底，箱子口就叫作栈顶，往箱子里放东西就是压栈（PUSH），别名进栈、入栈，从箱子中拿出东西就是出栈（POP），别名退栈，这个东西在计算机中就叫作数据。只能对顶端进行操作，数据的添加和取出分别叫作入栈和出栈。

栈是一种数据结构，它是先进后出，后进先出的。有个专业术语叫FILO（First In Last Out）。

通常说到栈我们还会与另外一种数据结构进行比较“队列”，队列就是先进先出，专业术语叫FIFO（First In First Out）。

网上有个更形象的说法，很容易就让人记住了这两种数据结构：“喝多了吐就是栈，吃多了拉就是队列”。哈哈，大家自行体会和理解哈。

栈有时候又叫作栈内存，它主管程序的运行，生命周期和线程同步。一旦线程结束，栈就Over了！线程结束，栈内存也就释放了，所以对于栈来说，它是不存在垃圾回收的问题的。

三、栈的特性

栈是运行时的单位，而堆是存储的单位。
即：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。

特性：

• 访问速度快，仅次于程序计数器
• 栈是线程私有的
• 存在OOM，不存在GC
• 栈存放的内容类型：8种数据类型 + 对象的引用 + 实例的方法。

即：

1. Java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同（随线程而生，随线程而灭）。
2. 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常；（当前大部分JVM都可以动态扩展，只不过JVM规范也允许固定长度的虚拟机栈）。
3. Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法执行的同时会创建一个栈帧，一个方法就对应一个栈帧。对于我们来说，主要关注的stack栈内存，就是虚拟机栈中局部变量表部分。

四、栈帧

栈帧（Stack Frame）是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，它是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈（Virtual Machine Stack）的栈元素。

五、栈的运行原理

5.1 运行原理

1. 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“先进先出”/“后进先出”原则。
2. 在一条活动线程中，一个时间点上，只会有一个活动的栈帧。即只有当前真正执行的方法的栈帧（栈顶栈帧）是有效的，这个栈帧被称为当前栈帧，与当前栈帧相对应的方式就是当前方法，定义这个方法的类就是当前类。
3. 执行引擎运行的索引字节码指令只针对当前栈帧进行操作。
4. 如果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，成为新的当前帧。
5. 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；另外一种就是抛出异常（没有try_catch）。不管使用哪种方式，都会导致栈帧被弹出。

5.2 代码示例

5.2.1 方法的入栈和出栈

5.2.2 没有捕获异常

5.2.3 捕获异常

六、栈帧的内部结构

每个栈帧的内部结构都是一样的，基本上都是包含如下信息：

1. 局部变量表（Local Variables）
2. 操作数栈（Operand Stack）（或表达式栈）
3. 动态连接（Dynamic Linking）（或指向运行时常量池的方法引用）
4. 方法返回地址（Return Address）（或方法正常退出或者异常退出的定义）
5. 一些附件信息

我们在下图中只放大一个栈帧内容看：至于每个栈帧包含的内容可以自行百度了解。

七、运行时数据区，哪些部分存在Error和GC？

八、本文源码

没有异常的代码：

package com.iot.back.streamserver.controller;/*** 
StackTest 此类用于：
* 
@author：hujm
* 
@date：2022年11月27日 22:12
* 
@remark：
*/
public class StackTest {public static void main(String[] args) {StackTest stackTest = new StackTest();// 执行方法AstackTest.methodA();}public void methodA() {System.out.println("方法methodA开始执行......");methodB();System.out.println("方法methodA执行结束......");}public int methodB() {System.out.println("方法methodB开始执行......");int b = 5;int c = methodC();System.out.println("方法methodB即将结束......");return b + c;}public int methodC() {System.out.println("方法methodC开始执行......");int c = 8;System.out.println("方法methodC即将结束......");return c;}
}

带有异常的代码：

package com.iot.back.streamserver.controller;/*** 
StackTest 此类用于：
* 
@author：hujm
* 
@date：2022年11月27日 22:12
* 
@remark：
*/
public class StackTest {public static void main(String[] args) {StackTest stackTest = new StackTest();// 执行方法AstackTest.methodA();System.out.println("main方法正常结束！");}public void methodA() {System.out.println("方法methodA开始执行......");methodB();System.out.println(1/0);System.out.println("方法methodA执行结束=======");}public int methodB() {System.out.println("方法methodB开始执行......");int b = 5;int c = methodC();System.out.println("方法methodB即将结束......");return b + c;}public int methodC() {System.out.println("方法methodC开始执行......");int c = 8;System.out.println("方法methodC即将结束......");return c;}
}