1、虚拟机栈概述

1.1、虚拟机栈出现的背景

• 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。
• 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。

1.2、内存中的栈与堆

首先栈是运行时的单位，而堆是存储的单位

• 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

1.3、虚拟机栈的基本内容

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。

作用：

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。

• 局部变量 VS 成员变量（属性）
• 基本数据类型变量 VS 引用类型变量（类、数组、接口）

2、虚拟机栈的特点

2.1、特点

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。

• 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）
  • 执行结束后的出栈工作
• 对于栈来说不存在垃圾回收 (GC) 问题（栈存在溢出的情况）

2.2、虚拟机栈的异常

• 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。
• 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。简称：栈溢出
• 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。

2.3、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栈空间，栈的大小直接决定了函数调用的最大可达深度。

1 -Xss1024m        // 栈内存为 1024MBS
2 -Xss1024k        // 栈内存为 1024KB

3、栈的存储单位

3.1、栈中存储什么？

每个线程都有自己的栈，栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）为基本单位存储的。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）。

一个方法的执行对应一个栈帧的入栈，一个方法的执行结束对应一个栈帧的出栈。

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。

3.2、栈的运行原理

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。

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）

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。

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。

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。

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。

Java方法有两种返回函数的方式，但不管使用哪种方式，都会导致栈帧被弹出。一种是正常的函数返回，使用 return 指令，另外一种是抛出异常。

4、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

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

原文：https://www.cnblogs.com/czfan/p/14791914.html