七、虚拟机栈

虚拟机栈出现的背景

1.由于跨平台性的设计，Java的指令都是根据栈来设计的，不同平台CPU架构不同，所以不能设计为基于寄存器的。
2.优点是跨平台，指令集小，编译器容易实现，缺点是性能下降，实现同样的功能需要更多的指令。

内存中的栈与堆

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、放在哪里。

虚拟机栈基本内容

Java虚拟机栈是什么？
Java虚拟机栈(Java Viriual Machine Stack),早期也叫Java栈。每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个的栈帧（Stack Frame）,对应着一次次的Java方法调用。
是线程私有的
生命周期
生命周期和线程一致。

作用:
主管Java程序的运行，它保存方法的局部变量、部分结果，并参与方法的调用和返回。
栈的特点
1.栈是一种快速有效的分配存储=方式，访问速度仅次于程序计数器。
2.JVM直接对Java栈的操作只有两个：
每个方法执行，伴随着进栈(入栈、压栈)
执行结果结束后的出栈工作 。
3.对于栈来说不存在垃圾回收问题。

栈中可能出现的异常
Java虚拟机规范允许Java栈大小是动态的或者是固定不变的。
1.如果采用固定大小的Java虚拟机栈，那每一个线程的Java虚拟机栈容易可以在线程创建的时候独立选定。如果线程请求分配的栈容量超过Java虚拟机允许的最大容量，java虚拟机将抛出一个异常。
2.如果Java虚拟机可以动态扩展，并且在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存空间，或者在创建新的线程时没有足够的内存区创建对应的虚拟机栈，那Java虚拟机将会抛出一个OutOfMemoryError异常。

设置栈内存大小
我们可以使用参数-Xss 选项来设置线程的最大空间，栈的大小直接决定了函数调用的最多可达深度。

栈的存储单位
1.每个线程都有自己的栈，栈中的数据都是以栈帧(Stack Frame) 的格式存在。
2.在这个线程上正在执行的每个方法都一一对用一个栈帧。
3.栈帧是一个内存区块，是一个数据集，维系着方法执行过程中的各种数据信息。

栈运行原理：
1.JVM直接对JAVA栈的操作只有两个，就是对栈帧的压栈出栈，遵循先进后出，后进先出的原则。
2.在一条活动线程中，一个时间点上，只有一个活动的栈帧。即只有当前在执行的方法的栈帧（栈顶栈帧）是有效的，这个栈帧被称为当前栈帧。（Current Frame）,与当前栈帧相对应的方法就是当前方法(Current Method), 定义这个方法的类就是当前类(Current Class)。
3.执行引擎运行所有字节码指令值针对当前栈帧进行操作。
4.如果在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。

栈帧的内部结构
每个栈帧中存储着:
1.局部变量表(Local Variables)
2.操作数栈(Operand Stack)或表达式栈
3.动态链接（Dynamic Linjking）(或指向运行时常量池的方法引用)
4.方法返回地址(Return Address) (或方法正常推出或者异常推出的定义)
5.一些附加信息


局部变量表也被称之为局部变量数组或本地变量表
1.定义为一个数字数组，主要用用于存储方法参数和定义在方法体内的局部变量，这些数据类型包括各个基本数据类型、对象引用。以及returnAddress类型。
2.由于局部变量表是建立在线程的栈上，是线程的私有数据，因此不存在数据安全问题。
3.局部变量表所需的容量大小是在编译期确定下来的，并保存在方法的Code属性的maxinum local variables数据项中。在方法运行期间是不会变局部变量表大小的。

局部变量表(Local variables)
1.方法嵌套调用的次数由栈的大小决定。一般来说，栈越大，方法嵌套雕鹰次数越多。对一个函数而言，它的参数和局部变量越多，使得局部变量表膨胀，它的栈帧就越大，以满足方法调用所需传递的信息增大的需求，进而函数调用就会占用更多的栈空间，导致其秦涛调用的次数就会减少。
2.局部变量表中的变量旨在当前方法调用中有效，在方法执行时，虚拟机通过使用局部变量表完成参数值到参数变量列表的传递过程。当方法调用结束后，苏随着方法栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁。