java栈

栈出现的背景:

　　由于跨平台型的设计,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指令;

　　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;

栈和堆

　　栈是运行时的单位,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;

栈是什么

　　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,对应这一次次的java方法调用

　　栈的存储单位:栈帧,线程上的每一个方法都对应一个栈帧,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

　　

栈的生命周期

　　与线程生命周期一致

栈作用:

　　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

　　1. 局部变量 &成员变量(或属性)

　　2.基本数据类型 & 引用数据类型(类,数组,接口)

栈的优点:

　　先进后出(FILO)

　　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:

　　　　1.每个方法执行,伴随着进栈(入栈,压栈)

　　　　2.执行结束后的出栈

　　对于栈来说不存在垃圾回收问题

　　　　1.不存在GC问题;但可能出现OOM的问题(pc寄存器不存在两者问题)

　　　　　　　　

 栈可能出现的异常:

　　java虚拟机规范允许java栈的大小是动态的或者大小不变的

　　　　1.如果采用的是大小固定的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虚拟机允许的最大容量,java虚拟机将会抛出一个StackOverflowError异常(如递归深度过深);

　　　　2.如果java虚拟机可以动态扩展,并且在尝试拓展的时候无法申请到足够的内存,或在闯进新的线程是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outoutmenoryError异常

设置栈的大小

　　通过jvm参数-Xss设置栈的最大空间,栈的大小决定

/**
 * 演示栈中的异常:StackOverflowError
 * @author shkstart
 * @create 2020 下午 9:08
 *
 *  默认情况下：count : 11420
 *  设置栈的大小： -Xss256k : count : 2465
 */
public class StackErrorTest {
    private static int count = 1;
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(count);
        count++;
        main(args);
    }

}

 栈的内部结构:

　　1.局部变量表

　　　　局部变量数组或本地变量表:主要存储方法参数和定义在方法体内的局部变量,包括基本数据类型.对象引用,返回值,存储的单元是变量槽(slot,长度32位以内占一个槽,64位占2个槽使用索引位市起始索引),局部变量表的容量大小在编译后就确定了;

　　　　$在栈帧中,与性能调优关系最密切的部分就是局部变量表,在方法执行时,虚拟机使用局部变量表完成方法传递,局部变量的变量存在与否决定指针是否存在,会影响到堆的垃圾回收

　　　　$局部变量表中的变量也是重要的垃圾回收根节点,只要局部变量表中直接或间接引用的对象都不会被回收(垃圾回收算法其中有一种高根搜索算法)

　　2.方法返回地址

　　　　·存放调用该方法的pc寄存器的值。
　　　　一个方法的结束，有两种方式:
　　　　>正常执行完成
　　　　>出现未处理的异常，非正常退出
　　　　·无论通过哪种方式退出，在方法退出后都返回到该方法被调用的位置。方法正常退出时，调用者的pc计数器的值作为返回地址，即调用该方法的指令的下一条指令的地址。而通过异常退出的，返回地址是要通过异常表来确定，栈帧中一般不会保存这部分信息。

　　　　本质上，方法的退出就是当前栈帧出栈的过程。此时，需要恢复上层方法的局部变量表、操作数栈、将返回值压入调用者栈帧的操作数栈、设置PC寄存器值等，让调用者方法继续执行下去。
　　　　正常完成出口和异常完成出口的区别在于:通过异常完成出口退出的不会给他的上层调用者产生任何的返回值。

　　3.操作数栈

　　　　栈:可以使用数组或者链表来实现

　　　　操作数栈在方法执行的过程中,根据字节码指令,往栈写入数据或提取数据,即入栈和出栈  

　　　　　　某些字节码指令将值压入操作数栈,其余的字节码指令将操作数取出栈.使用他们后在将结果压入栈

　　　　　　比如复制,交换,求和等操作

　　　　

　　　　·操作数栈，主要用于保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间。
　　　　·操作数栈就是JVM执行引擎的一个工作区，当一个方法刚开始执行的时候，一个新的栈帧也会随之被创建出来，这个方法的操作数栈是空的。
　　　　·每一个操作数栈都会拥有一个明确的栈深度用于存储数值，其所需的最大深度在编译期就定义好了，保存在方法的Code属性中，为max_stack的值。
　　　　·栈中的任何一个元素都是可以任意的Java数据类型。
　　　　　　32bit的类型占用一个栈单位深度
　　　　　　64bit的类型占用两个栈单位深度
　　　　·操作数栈并非采用访问索引的方式来进行数据访问的，而是只能通过标准的入栈（push）和出栈（pop）操作来完成一次数据访问。

　　　　.如果被调用的方法带有返回值的话，其返回值将会被压入当前栈帧的操作数栈中，并更新Pc寄存器中下一条需要执行的字节码指令。
　　　　·操作数栈中元素的数据类型必须与字节码指令的序列严格匹配，这由编译器在编译器期间进行验证，同时在类加载过程中的类检验阶段的数据流分析阶段要再次验证。
　　　　·另外，我们说Java虚拟机的解释引擎是基于栈的执行引擎，其中的栈指的就是操作数栈。　　　

/*
    程序员面试过程中， 常见的i++和++i 的区别，放到字节码篇章时再介绍。

     */
    public void add(){
        //第1类问题：
        int i1 = 10;
        i1++;

        int i2 = 10;
        ++i2;

        //第2类问题：
        int i3 = 10;
        int i4 = i3++;

        int i5 = 10;
        int i6 = ++i5;

        //第3类问题：
        int i7 = 10;
        i7 = i7++;

        int i8 = 10;
        i8 = ++i8;

        //第4类问题：
        int i9 = 10;
        int i10 = i9++ + ++i9;
    }

　　4.动态链接(指向运行时常量池的动态引用)

　　　　每一个栈帧内部都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用"包含这个引用的目的就是为了支持当前方法的代码能够实现动态链接（Dynamic Linking）。比如:invokedynamic指令

　　　　在Java源文件被编译到字节码文件中时，所有的变量和方法引用都作为符号引用（Symbolic Reference）保存在class文件的常量池里。比如:描述一个方法调用了另外的其他方法时，就是通过常量池中指向方法的符号引用来表示的，那么动态链接的作用就是为了将这些符号引用转换为调用方法的直接引用。

　　5.一些附加信息

　　　　栈帧中还允许携带与Java虚拟机实现相关的一些附加信息。例如，对程序调试提供支持的信息。