02-JVM內存模型：虛擬機棧與本地方法棧

一、虛擬機棧（VM Stack）

1.1）什么是虛擬機棧

　　虛擬機棧是用於描述java方法執行的內存模型。

　　每個java方法在執行時，會創建一個“棧幀（stack frame）”，棧幀的結構分為“局部變量表、操作數棧、動態鏈接、方法出口”幾個部分（具體的作用會在字節碼執行引擎章節中講到，這里只需要了解棧幀是一個方法執行時所需要數據的結構）。我們常說的“堆內存、棧內存”中的“棧內存”指的便是虛擬機棧，確切地說，指的是虛擬機棧的棧幀中的局部變量表，因為這里存放了一個方法的所有局部變量。

　　方法調用時，創建棧幀，並壓入虛擬機棧；方法執行完畢，棧幀出棧並被銷毀，如下圖所示：

1.2）虛擬機棧的特點

　　虛擬機棧是線程隔離的，即每個線程都有自己獨立的虛擬機棧。

1.3）虛擬機棧的StackOverflowError

　　若單個線程請求的棧深度大於虛擬機允許的深度，則會拋出StackOverflowError（棧溢出錯誤）。

　　JVM會為每個線程的虛擬機棧分配一定的內存大小（-Xss參數），因此虛擬機棧能夠容納的棧幀數量是有限的，若棧幀不斷進棧而不出棧，最終會導致當前線程虛擬機棧的內存空間耗盡，典型如一個無結束條件的遞歸 函數調用，代碼見下：

/**
 * java棧溢出StackOverFlowError
 * JVM參數：-Xss128k
 * Created by chenjunyi on 2018/4/25.
 */
public class JavaVMStackSOF {

    private int stackLength = -1;

    //通過遞歸調用造成StackOverFlowError
    public void stackLeak() {
        stackLength++;
        stackLeak();
    }

    public static void main(String[] args) {
        JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();
        try {
            oom.stackLeak();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("Stack length:" + oom.stackLength);
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

　　設置單個線程的虛擬機棧內存大小為128K，執行main方法后，拋出了StackOverflow異常

Stack length:983
java.lang.StackOverflowError
    at com.manayi.study.jvm.chapter2._02_JavaVMStackSOF.stackLeak(_02_JavaVMStackSOF.java:14)
    at com.manayi.study.jvm.chapter2._02_JavaVMStackSOF.stackLeak(_02_JavaVMStackSOF.java:15)
    at com.manayi.study.jvm.chapter2._02_JavaVMStackSOF.stackLeak(_02_JavaVMStackSOF.java:15)
    ······

1.4）虛擬機棧的OutOfMemoryError

　　不同於StackOverflowError，OutOfMemoryError指的是當 整個虛擬機棧內存耗盡，並且無法再申請到新的內存時拋出的異常。

　　JVM未提供設置整個虛擬機棧占用內存的配置參數。虛擬機棧的最大內存大致上等於“JVM進程能占用的最大內存（依賴於具體操作系統） - 最大堆內存 - 最大方法區內存 - 程序計數器內存（可以忽略不計） - JVM進程本身消耗內存”。當虛擬機棧能夠使用的最大內存被耗盡后，便會拋出OutOfMemoryError，可以通過不斷開啟新的線程來模擬這種異常，代碼如下：

**
 * java棧溢出OutOfMemoryError
 * JVM參數：-Xss2m
 * Created by chenjunyi on 2018/4/25.
 */
public class JavaVMStackOOM {

    private void dontStop() {
        while (true) {
        }
    }

    //通過不斷的創建新的線程使Stack內存耗盡
    public void stackLeakByThread() {
        while (true) {
            Thread thread = new Thread(() -> dontStop());
            thread.start();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        JavaVMStackOOM oom = new _03_JavaVMStackOOM();
        oom.stackLeakByThread();
    }

}

　　設置單個線程虛擬機棧的占用內存為2m並不斷生成新的線程，最終虛擬機棧無法申請到新的內存，拋出異常：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

二、本地方法棧（Native Method Stack）

　　本地方法棧的功能和特點類似於虛擬機棧，均具有線程隔離的特點以及都能拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

　　不同的是，本地方法棧服務的對象是JVM執行的native方法，而虛擬機棧服務的是JVM執行的java方法。如何去服務native方法？native方法使用什么語言實現？怎么組織像棧幀這種為了服務方法的數據結構？虛擬機規范並未給出強制規定，因此不同的虛擬機實可以進行自由實現，我們常用的HotSpot虛擬機選擇合並了虛擬機棧和本地方法棧。