學習資料來源-b站黑馬JVM& 尚硅谷JVM精講與GC調優

1. 定義

• 虛擬機棧：線程運行需要的內存空間。棧中放的是多個棧幀。
• 棧幀：每個方法運行時需要的內存。(比如參數，局部變量，返回地址等。)
• 每個線程只能有1個活動棧幀，對應著當前正在執行的那個方法。
• Java虛擬機棧（Java Virtual Machine Stack），早期也叫Java棧。每個線程在創建時都會創建一個虛擬機棧，其內部保存一個個的棧幀（Stack Frame），對應著一次次的Java方法調用。是線程私有的，生命周期和線程一致。
• 虛擬機棧中放的一個個棧幀。
  

1.1 演示棧幀

    public static void main(String[] args) {method1();}private static void method1() {method2(1,2);}private static int method2(int a, int b) {int c=a+b;return c;}

2. 特點

• 棧是一種快速有效的分配存儲方式，訪問速度僅次于程序計數器。
• 垃圾回收是否涉及棧內存？(不會，一次次方法執行后彈出棧自動被回收掉。)不存在GC ; 但是會存在OOM。

3. 線程運行診斷

3.1 案例1 cpu占用過多&解決

1. 首先通過top命令定位哪個進程對cpu占用過高
2. 根據pid 32655 我們只直到這個進程占用過高，但是我們需要知道那個線程導致的。使用ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 32655 (用ps命令進一步定位哪個線程占用cpu過高)
   對Linux忘記的話借用deepseek回顧一下。
   
3. 使用jdk提供的工具，jstack 進程id
   
   我們已經知道是線程32655的導致的，可以直接根據線程編號，找到對應的輸出信息。但是注意，32655是10進制的，但是jstack輸出的信息是16進制的，所以先換算一下。
   
   這里得到7F99，找到對應的代碼。根據線程id7f99找到對應的包下的java代碼，第8行。
   

• 發現原來是代碼寫了while(true) 死循環，導致CPU高。
• 當然這里只是一個舉例，實際情況要看線上的具體問題和代碼。
  

3.2 案例2 程序運行很長時間沒有結果

一直滑倒最后看到一個死鎖問題。這也是為啥不輸出的原因。

再看具體的Java代碼，其實也是很好理解。如果不理解也沒關系，重溫鎖的知識或者死鎖的產生等即可。

4. 拓展知識&問題辨析

4.1 棧的內存越大越好嘛？(不是)

棧越大 內存分配的棧越少，棧越少 線程越少。所以棧別太大，越小線程越多，也不能太小，太小棧溢出。【一般采用系統默認就好】

4.2 方法內的局部變量是否線程安全？(是線程安全的)

4.2.1 局部變量全在方法中

不會有線程安全問題，每個局部變量都在各自的棧幀中，線程不共享。

static void m1(){int x=0;for (int i=0;i<1000;i++){x++;}System.out.println(x);}

4.2.2 局部變量可能逃離方法

總結就是具體問題具體分析，要注意局部變量逃離本方法的問題。

//線程安全public static void m1() {StringBuilder sb = new StringBuilder();sb.append(1);sb.append(2);sb.append(3);System.out.println(sb);}//線程不安全，StringBuilder作為參數傳遞進來，就意味著有可能有其他線程能訪問到它。就不再是線程私有的了。public static void m2(StringBuilder sb) {sb.append(1);sb.append(2);sb.append(3);System.out.println(sb);}//線程不安全，返回值也是StringBuilder，所以其他線程能訪問到它。public static StringBuilder  m3() {StringBuilder sb = new StringBuilder();sb.append(1);sb.append(2);sb.append(3);return sb;}

4.3 可能拋出的異常？

StackOverFlowError？OutOfMemoryError？

• Java 虛擬機規范允許Java棧的大小是動態的或者是固定不變的。 如果采用固定大小的Java虛擬機棧，那每一個線程的Java虛擬機棧容量可以在線程創建的時候獨立選定。如果線程請求分配的棧容量超過Java虛擬機棧允許的最大容量，Java虛擬機將會拋出一個
  StackOverflowError 異常。
• 如果Java虛擬機棧可以動態擴展，并且在嘗試擴展的時候無法申請到足夠的內存，或者在創建新的線程時沒有足夠的內存去創建對應的虛擬機棧，那Java虛擬機將會拋出—個
  OutOfMemoryError 異常。

4.4 什么情況下會發生棧內存溢出？

一、局部數組過大。當函數內部的數組過大時，有可能導致堆棧溢出。(棧幀過大)
二、遞歸調用層次太多。遞歸函數在運行時會執行壓棧操作，當壓棧次數太多時，也會導致堆棧溢出。(棧幀過多)

對于第1種情況可能會發生在對象轉換JSON的時候，如Dept中有Emp，Emp中有Dept，無線循環，可以使用
@JsonIgnore
private Dept dept; 忽略即可。

4.5 如何設置棧的大小？

-Xss size (即：-XX:ThreadStackSize)
-Xss256k或者-XX:ThreadStackSize=256k都可以
我們看棧大小window下可能會顯示0

• 設置10124K
  添加VM options

4.6 補充棧幀的內部結構

重要的兩個(局部變量表&操作數棧)

可以IDEA插件中下載jclasslib插件來看代碼

4.6.1 局部變量表

局部變量表（local variables)
● 局部變量表也被稱之為局部變量數組或本地變量表。
● 定義為一個數字數組，主要用于存儲方法參數和定義在方法體內的局部變量，這些數據類型包括各類基本數據類型(8種)、對象引用（reference），以及returnAddress類型。
● 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數據項中。在方法運行期間是不會改變局部變量表的大小的。
● 方法嵌套調用的次數由棧的大小決定。一般來說，棧越大，方法嵌套調用次數越多。對一個函數而言，它的參數和局部變量越多，使得局部變量表膨脹，它的棧幀就越大，以滿足方法調用所需傳遞的信息增大的需求。進而函數調用就會占用更多的棧空間，導致其嵌套調用次數就會減少。
● 局部變量表中的變量只在當前方法調用中有效。在方法執行時，虛擬機通過使用局部變量表完成參數值到參數變量列表的傳遞過程。當方法調用結束后，隨著方法棧幀的銷毀，局部變量表也會隨之銷毀。

4.6.2 操作數棧

操作數棧（Operand Stack）
● 我們說Java虛擬機的解釋引擎是基于棧的執行引擎，其中的棧指的就是操作數棧。
● 每一個獨立的棧幀中除了包含局部變量表以外，還包含一個后進先出（Last-In-First-Out）的操作數棧，也可以稱之為表達式棧（Expression Stack）。
● 操作數棧就是JVM執行引擎的一個工作區，當一個方法剛開始執行的時候，一個新的棧幀也會隨之被創建出來，這個方法的操作數棧是空的。
● 每一個操作數棧都會擁有一個明確的棧深度用于存儲數值，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max_stack的值。
棧中的任何一個元素都是可以任意的Java數據類型。
32bit的類型占用一個棧單位深度
64bit的類型占用兩個棧單位深度
● 操作數棧，在方法執行過程中，根據字節碼指令，并非采用訪問索引的方式來進行數據訪問的，而是只能通過標準的入棧（push）和出棧（pop）操作，往棧中寫入數據或提取數據來完成一次數據訪問。
某些字節碼指令將值壓入操作數棧，其余的字節碼指令將操作數取出棧。使用它們后再把結果壓入棧。比如：執行復制、交換、求和等操作
如果被調用的方法帶有返回值的話，其返回值將會被壓入當前棧幀的操作數棧中，并更新PC寄存器中下一條需要執行的字節碼指令。

• 操作數棧，主要用于保存計算過程的中間結果，同時作為計算過程中變量臨時的存儲空間。

這里做一下簡單的介紹，具體對于棧的深度，以及有過slot的復用，每個類型占多少大小等后續復習繼續更新吧。