JVM函数调用：Java出入栈

桃扇骨 2022-12-06 15:21 160阅读 0赞

**目录**

局部变量表

索引复用

垃圾回收

栈数据区

栈上分配

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线程作为系统运算调度的最小单位，在JVM中线程的行为体现就是函数调用，函数调用中数据的传递就是通过Java栈，Java栈顾名思义有着和数据结构中“栈”相似的属性，后进先出，出栈入栈，栈中保存的是栈帧，当JVM发生函数调用时，就会有一个栈帧被压入Java栈，当函数调用结束后，再从栈中弹出栈帧，当前正在执行的函数其对应的栈帧位于栈顶处，且保存有当前函数的局部变量表和栈数据区（保存一些中间结果等数据）。在函数返回，也就是有栈帧要从Java栈中弹出时，正常的情况是函数通过return返回，此时栈帧正常弹出，如果函数调用出现问题无法正常返回，则抛出异常，举个例子：我们每一次函数调用时都会对Java栈进行入栈操作，栈空间是一定的，随着不断入栈操作，例如递归函数调用，栈空间变得越来越小，最后达到最大可用深度时，就会抛出栈溢出异常，所以有时我们递归函数调用过程中出现的“StackOverflowError”，就是栈空间因为某些原因被占满了导致的。

## 局部变量表 ##

函数对应的栈帧中有一个局部变量表，里面保存了调用函数的局部变量，参数等，这些参数和变量是跟着函数走的，只在当前函数调用中有效，函数调用结束后，栈帧就会弹出Java栈，局部变量表也就随之被销毁。来看一个简单的例子：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1c3RpbnplbmdUTQ_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

draw（）方法中有3个入参和3个局部变量，它们都是int数据类型，一个占用24个字节内存空间，在32位操作系统中每4个字节为一个字，所以在局部变量表中，函数draw（）的局部变量一共占6个字。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1c3RpbnplbmdUTQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

从上图可以看到，Maximum local variables表示最大局部变量表大小为6个字。

### 索引复用 ###

详细点开draw（）函数中的局部变量表，可以看到一些更详细的属性，例如每一个变量的索引index，变量名name和数据类型descriptor等。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1c3RpbnplbmdUTQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

局部变量表中的索引是可以进行复用的，以次来节省Java栈空间，具体的复用方式是这样，假设我们定义了一个局部变量i，当程序运行到i离开其作用域后，再定义的其他变量可能就会复用i变量的索引，具体看个例子：

package cell;
    
    public class Cell {
    	private static boolean tag = true;
    	
    	public void example1() {
    		int i = 9527;
    		System.out.println("i = " + i);
    		int s = 9527;
    	}
    	
    	public void example2() {
    		if (tag) {
    			int i = 9527;
    			System.out.println("i = " + i);
    		}
    		
    		int s = 9527;
    	}
    
    }

程序中有两个方法，example1（）中定义的变量i和变量s作用域都是一样的，直到example1（）方法的结束，所以两者的索引没有办法复用。example2（）方法中，局部变量i在第16行后就离开了作用域范围，那么后续定义的局部变量s可以复用它的索引，从局部变量表里看，的确是这样的：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1c3RpbnplbmdUTQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1c3RpbnplbmdUTQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

可以看到，方法example1（）中局部变量i和s的所有不同，分别是1和2，而到了方法example2（）中，局部变量i和s的所有都一样是1。

### 垃圾回收 ###

索引复用有时也会对JVM的垃圾回收产生影响，例如某一个变量i，虽然离开了自己的作用域，但是它之前指向了某一对象，使得变量i仍然存在于局部变量表中，导致变量i指向的对象无法被回收如果变量i指向了某一对象，i离开了作用域后，其索引被后面定义的局部变量所服用了，那么变量i也会被销毁掉，其指向的对象也就能被正常GC，看一个例子：

public void example1() {
    	byte[] buffer = new byte[2*1024*1024];
    	System.gc();
    }
    
    public void example2() {
    	byte[] buffer = new byte[2*1024*1024];
    	buffer = null;
    	System.gc();
    }
    
    public void example3() {
    	boolean tag = true;
    	
    	if (tag) {
    		byte[] buffer = new byte[2*1024*1024];
    	}
    	
    	System.gc();
    }
    
    public void example4() {
    	boolean tag = true;
    	
    	if (tag) {
    		byte[] buffer = new byte[2*1024*1024];
    	}
    	int i = 9527;
    	
    	System.gc();
    }

上面的程序中，4个方法，第一个example1（）中，首先定义byte数组，申请2MB大小的空间，之后立刻进行GC，回收该数组对象，但是注意，此时因为局部变量buffer强引用了这块内存空间，所以gc暂时无法对其进行回收。到example2（），在为byte数组申请空间，并用局部变量buffer引用这块区域后，显示将buffer置为null，这样buffer就不会强引用这块内存空间，之后再进行GC就可以成功回收。example3（）中，我们让局部变量buffer作用在if语句中，当if语句结束，buffer离开了它的作用域后，我们再进行GC，此时因为变量buffer还存在于局部变量表中，所以它的引用还是有效的，GC无法对其引用的空间进行回收，解决的办法来看example4（）方法。在example4（）中，buffer离开其作用域后，我们再声明另一个局部变量i，让它来复用变量buffer的索引，，这样buffer变量就真正被替代销毁了，并且没有其他变量引用这片内存区域，之后再进行GC，可以成功进行回收。

## 栈数据区 ##

Java栈中局部变量表上面简单总结了一下，除了局部便变量表，还有栈数据区，分为虚拟机栈和本地方法栈，虚拟机栈存放就是栈帧，Java方法运行时所需要的数据，本地方法栈存放的是JVM调用的本地方法。

### 栈上分配 ###

上面说的栈数据区中，虚拟机栈和本地方法栈都是线程独占的，对于一些线程私有的，不能被其他线程访问的对象，JVM可以把它们分配在栈上，这样当函数调用结束后就会自行出栈销毁，不需要GC来进行回收，好处就是提高了性能。

private static People p;
    public static void initPeople() {
    	p = new People();
    	p.name = "Alex";
    	p.age = 20;
    }

上面代码中People类对象p是一个逃逸的对象，因为它是类的成员变量，可能会被其他线程访问到，所以虚拟机会把它分配到堆上，而不是线程私有的栈数据区中。如果我们把它改成非逃逸的对象：

public static void initPeople() {
    	People p = new People();
    	p.name = "Alex";
    	p.age = 20;
    }

把对象p改成局部变量的方式，且initPeople（）方法也没有将其返回出去，那么该对象p没有发生逃逸，虚拟机就会将它分配到栈数据区中。

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