搬运 JavaYouth

ClassLoader
类加载子系统：负责从文件系统或者网络中加载class文件。（只负责加载，至于能否运行取决于Execution Engine）
加载类的信息存放于方法区的内存空间。（方法区里面还有运行时常量池信息，）

虚拟机栈

简介

内存中的栈与堆

  1. 首先栈是运行时的单位，而堆是存储的单位。

  2. 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，放哪里

    Java虚拟机栈是什么？

    Java虚拟机栈（Java Virtual 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，栈是线程私有的。 ```java public class StackTest {

    public static void main(String[] args) {

    1.  StackTest test = new StackTest();
    2.  test.methodA();

    }

    public void methodA() {

    1.  int i = 10;
    2.  int j = 20;
    4.  methodB();

    }

    public void methodB(){

    1.  int k = 30;
    2.  int m = 40;

    } }

  1. ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2022/png/2909312/1650949919903-c8550a29-04b6-4090-b822-ca442d97aa38.png#clientId=uee783e0c-3cc0-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&id=uc98fea4f&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=650&originWidth=978&originalType=url&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=133482&status=done&style=none&taskId=ub1537131-4bd4-448a-a992-572376334de&title=)
  3. - 虚拟机栈的生命周期
  4.    - 生命周期和线程一致，也就是线程结束了，该虚拟机栈也销毁了
  5. - 虚拟机栈的作用
  6.    - 主管Java程序的运行，它保存方法的局部变量（8 种基本数据类型、对象的引用地址）、部分结果，并参与方法的调用和返回。
  7.    - 局部变量，它是相比于成员变量来说的（或属性）
  8.    - 基本数据类型变量 VS 引用类型变量（类、数组、接口）
  9. <a name="L0a2p"></a>
  10. ### 虚拟机栈的特点
  12. - 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。
  13. - JVM直接对Java栈的操作只有两个：
  14.    - 每个方法执行，伴随着**进栈**（入栈、压栈）
  15.    - 执行结束后的**出栈**工作
  16. - 对于栈来说不存在垃圾回收问题
  17.    - 栈不需要GC，但是可能存在OOM
  19. ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2022/png/2909312/1650950038056-37173b17-ba02-45e0-adc3-d322bc25b0d8.png#clientId=uee783e0c-3cc0-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&id=u434f9484&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=547&originWidth=275&originalType=url&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=161516&status=done&style=none&taskId=ubcdb5678-32dd-4219-9c29-bfcb3cd5cbb&title=)
  20. <a name="wNGti"></a>
  21. ### 虚拟机栈的异常
  22. **面试题：栈中可能出现的异常？**
  24. - Java 虚拟机规范允许Java栈的大小是动态的或者是固定不变的。
  25.    - 如果采用固定大小的Java虚拟机栈，那每一个线程的Java虚拟机栈容量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虚拟机栈允许的最大容量，Java虚拟机将会抛出一个**StackoverflowError** 异常。
  26.    - 如果Java虚拟机栈可以动态扩展，并且在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存，或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈，那Java虚拟机将会抛出一个 **OutofMemoryError** 异常。
  27. <a name="xf0YO"></a>
  28. ### 设置栈内存大小
  29. > 我们可以使用参数 **-Xss** 选项来设置线程的最大栈空间，栈的大小直接决定了函数调用的最大可达深度。

-Xss1m -Xss1024k -Xss1048576

  1. <a name="Tm4sh"></a>
  2. #### 举例
  3. ```java
  4. public class StackErrorTest {
  5.     private static int count = 1;
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         System.out.println(count);
  8.         count++;
  9.         main(args);
  10.     }
  11. }

没设置参数前
部分输出结果：

  1. 11404
  2. 11405
  3. 11406
  4. Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
  5.     at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeLoop(UTF_8.java:691)

说明栈在11406这个深度溢出了
设置栈参数之后
image.png
部分输出结果

  1. 2474
  2. 2475
  3. 2476
  4. Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
  5.     at sun.nio.cs.UTF_8.updatePositions(UTF_8.java:77)

栈的存储单位

栈中存储什么？

  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各自对应一个栈帧（Stack Frame）。

  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

  4. JVM直接对Java栈的操作只有两个，就是对栈帧的压栈和出栈，遵循先进后出（后进先出）原则

  5. 在一条活动线程中，一个时间点上，只会有一个活动的栈帧。即只有当前正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）
  6. 执行引擎运行的所有字节码指令只针对当前栈帧进行操作。
  7. 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。

image.png

  1. 不同线程中所包含的栈帧是不允许存在相互引用的，即不可能在一个栈帧之中引用另外一个线程的栈帧。
  2. 如果当前方法调用了其他方法，方法返回之际，当前栈帧会传回此方法的执行结果给前一个栈帧，接着，虚拟机会丢弃当前栈帧，使得前一个栈帧重新成为当前栈帧。
  3. 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。
    • 另一种是方法执行中出现未捕获处理的异常，以抛出异常的方式结束。
    • 但不管使用哪种方式，都会导致栈帧被弹出。

      栈帧的内部结构

      每个栈帧中存储着：
  • 局部变量表（Local Variables）
  • 操作数栈（Operand Stack）（或表达式栈）
  • 动态链接（Dynamic Linking）（或指向运行时常量池的方法引用）
  • 方法返回地址（Return Address）（或方法正常退出或者异常退出的定义）
  • 一些附加信息

image.png
并行每个线程下的栈都是私有的，因此每个线程都有自己各自的栈，并且每个栈里面都有很多栈帧，栈帧的大小主要由局部变量表 和 操作数栈决定的
image.png

局部变量表

认识局部变量表

概念

  1. 局部变量表也被称之为局部变量数组或本地变量表
  2. 定义为一个数字数组，主要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类基本数据类型、对象引用（reference），以及returnAddress返回值类型。
  3. 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
  4. 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maximum local variables数据项中。在方法运行期间是不会改变局部变量表的大小的。
  5. 方法嵌套调用的次数由栈的大小决定。一般来说，栈越大，方法嵌套调用次数越多。
    • 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，导致其嵌套调用次数就会减少。

  6. 局部变量表中的变量只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，随着方法栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁。

      举例

      1. public class LocalVariablesTest {
      2. private int count = 0;
      4. public static void main(String[] args) {
      5.    LocalVariablesTest test = new LocalVariablesTest();
      6.    int num = 10;
      7.    test.test1();
      8. }
      10. //练习：
      11. public static void testStatic(){
      12.    LocalVariablesTest test = new LocalVariablesTest();
      13.    Date date = new Date();
      14.    int count = 10;
      15.    System.out.println(count);
      16.    //因为this变量不存在于当前方法的局部变量表中！！
      17.    //        System.out.println(this.count);
      18. }
      20. //关于Slot的使用的理解
      21. public LocalVariablesTest(){
      22.    this.count = 1;
      23. }
      25. public void test1() {
      26.    Date date = new Date();
      27.    String name1 = "atguigu.com";
      28.    test2(date, name1);
      29.    System.out.println(date + name1);
      30. }
      32. public String test2(Date dateP, String name2) {
      33.    dateP = null;
      34.    name2 = "songhongkang";
      35.    double weight = 130.5;//占据两个slot
      36.    char gender = '男';
      37.    return dateP + name2;
      38. }
      40. public void test3() {
      41.    this.count++;
      42. }
      44. public void test4() {
      45.    int a = 0;
      46.    {
      47.        int b = 0;
      48.        b = a + 1;
      49.    }
      50.    //变量c使用之前已经销毁的变量b占据的slot的位置
      51.    int c = a + 1;
      52. }
      53. }