3.虚拟机栈
3.1 虚拟机栈的介绍
栈：线程运行时需要的内存空间，一个栈中包含多个栈帧，栈帧是每个方法运行时需要的内存，一次方法调用就是一个栈帧。栈帧主要是用来存储局部变量，参数与返回地址(结束该方法后执行方法的地址)的。调用一个方法时，方法的栈帧入栈，当该方法执行结束，对应的栈帧(Frame)就会出栈。另外每个线程只能有一个活动栈帧，来对应当前正在执行的方法。
使用idea可以调试获取虚拟机栈信息。左下角的Frames就对应虚拟机栈。
💡 思考
Q1:垃圾回收是否涉及栈内存
A1:垃圾回收不会涉及栈内存，因为栈的栈帧会随着方法调用而入栈，随着方法结束而出栈，无需进行垃圾回收。
Q2:栈内存越大越好吗？
A2:栈的大小可以进行设置。
线程栈越大则可以进行嵌套调用的方法层级越多，但是需要在合理区间，不是越大越好。因为计算机的物理内存是有限的，线程中栈的大小设置的越大，可以容纳的线程数就会越少(每个线程都有自己的栈)。一般采用系统默认的栈内存大小即可。
下图展示了设置栈大小的方法。
3.2 方法局部变量线程安全问题
局部变量是方法栈的私有变量，那么方法内的局部变量是不是一定是线程安全的呢？
先看这个例子。
// 多个线程同时执行 static void m1() { int x = 0; for (int j = 0; j < 500; j++) { x++; } }
上面的例子是不会有线程安全问题的。因为每个线程都有独立的栈帧，存储独立的x。
再看看下面的例子。
static void m2() { StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.append("a"); sb.append("b"); sb.append("c"); }
答案依旧不会有安全问题，理由与上面的例子一样。接着看下下面的例子。
static void m3(StringBuilder sb ) { sb = new StringBuilder(); sb.append("a"); sb.append("b"); sb.append("c"); }
上面例子其实是线程不安全的。因为sb 不是线程私有的。
总结：方法内的局部变量是否是线程安全？
- 如果方法内的局部变量没有逃离方法的作用范围，则是安全的。
- 如果是基本数据类型，则是安全的。
- 如果是对象类型数据，并且逃离了方法的作用范围，则线程不安全。参考代码demo1，不同线程栈的变量中存放的地址不会彼此干扰，但同一地址的值可以被不同的线程所修改。
3.3 虚拟机栈的内存溢出问题
导致栈内存溢出的情况：
- 入栈栈帧过多，如方法递归次数过多。
- 栈帧过大，这种情况很少出现，因为默认的栈帧大小是1M，可以存放空间很充足。
下面就是一个栈内存溢出的例子。
public class Demo02 { private static int count; public static void main(String[] args) { m1(); } static void m1() { count ++; m1(); } }
值得注意的是，有时候并不是我们自己写的代码导致了栈的内存溢出问题，而是错误使用第三方库的代码时导致了内存溢出问题。
/** * json 数据转换 */ public class Demo03 { public static void main(String[] args) throws JsonProcessingException { Dept d = new Dept(); d.setName("Market"); Emp e1 = new Emp(); e1.setName("zhang"); e1.setDept(d); Emp e2 = new Emp(); e2.setName("li"); e2.setDept(d); d.setEmps(Arrays.asList(e1, e2)); // { name: 'Market', emps: [{ name:'zhang', dept:{ name:'', emps: [ {}]} },] } ObjectMapper mapper = new ObjectMapper(); System.out.println(mapper.writeValueAsString(d)); } } class Emp { private String name; @JsonIgnore private Dept dept; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public Dept getDept() { return dept; } public void setDept(Dept dept) { this.dept = dept; } } class Dept { private String name; private List<Emp> emps; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public List<Emp> getEmps() { return emps; } public void setEmps(List<Emp> emps) { this.emps = emps; } }
出现Infinite recursion (StackOverflowError)
解决方法:添加@JsonIgnore注解。
class Emp { private String name; @JsonIgnore private Dept dept; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public Dept getDept() { return dept; } public void setDept(Dept dept) { this.dept = dept; } }
3.4 虚拟机栈的cpu占用问题
下面分析两个栈相关的案例。
编译运行下面代码。
/** * 演示 cpu 占用过高 */ public class Demo04 { public static void main(String[] args) { new Thread(null, () -> { System.out.println("1..."); while(true) { } }, "thread1").start(); new Thread(null, () -> { System.out.println("2..."); try { Thread.sleep(1000000L); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "thread2").start(); new Thread(null, () -> { System.out.println("3..."); try { Thread.sleep(1000000L); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "thread3").start(); } }
linux下使用nohub让进程在后台运行，将直接返回线程id。
nohub java Demo04 &
使用top来显示cpu被进程占用的情况（笔者环境是windows，直接用的任务管理器，后不再赘述）。
定位到占用过高cpu的进程后，使用ps H -eo pid tid %cpu | grep xxx(进程id)来查看具体是哪个线程导致的问题。
最后使用jstack xxx(进程id)查看进程所有线程对应的id及引起问题的源码行数。注意使用第二步得到线程编号是十进制，而jstack中的线程编号是16进制，需要进行必要的进制换算。
32655换算成16进制就是7f99,因此有问题的线程就是下面的线程。其线程状态是runnable，说明它一直在运行，占用了cpu。并且还可以根据堆栈信息定位到具体的代码行数。
对应到源代码,我们就排查出了导致cpu占用过高的原因了。
while(true) { }
3.5 线程死锁的排查
编写如下代码。
/** * 演示线程死锁 */ class A{}; class B{}; public class Demo05 { static A a = new A(); static B b = new B(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { new Thread(()->{ synchronized (a) { try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (b) { System.out.println("我获得了 a 和 b"); } } }).start(); Thread.sleep(1000); new Thread(()->{ synchronized (b) { synchronized (a) { System.out.println("我获得了 a 和 b"); } } }).start(); } }
linux下使用nohub让进程在后台运行，将直接返回线程id。
windows上可以直接使用java运行，在任务管理器中找到该进程，可以看到进行id是15288。(linux环境有很多开发命令，笔者环境是windows，结合了git batsh使用linux的部分命令，后不再赘述)
执行jsatck命令,可以看到如下输出
F:\资料 解密JVM\代码\jvm\src\cn\itcast\jvm\t1\stack>jstack 15288 2022-06-30 20:30:08 Full thread dump Java HotSpot(TM) Client VM (25.301-b09 mixed mode): ... Found one Java-level deadlock: ============================= "Thread-1": waiting to lock monitor 0x01199894 (object 0x04e9fb40, a A), which is held by "Thread-0" "Thread-0": waiting to lock monitor 0x0119c1b4 (object 0x04ea0c28, a B), which is held by "Thread-1" Java stack information for the threads listed above: =================================================== "Thread-1": at Demo05.lambda$main$1(Demo05.java:28) - waiting to lock <0x04e9fb40> (a A) - locked <0x04ea0c28> (a B) at Demo05$$Lambda$2/1503869.run(Unknown Source) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) "Thread-0": at Demo05.lambda$main$0(Demo05.java:20) - waiting to lock <0x04ea0c28> (a B) - locked <0x04e9fb40> (a A) at Demo05$$Lambda$1/28568555.run(Unknown Source) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) Found 1 deadlock.
可以很清楚看到死锁信息被定位了，在Demo05.java:28,20行出现了死锁。再去代码处分析，发现线程1，2出现了互锁。并且这个互酸信息其实也被打印出来了，Thread-1，拥有B等待A，Thread-2，拥有A等待B。
5.本地方法栈
本地方法是非java语言(c/c++)编写的直接与计算机操作系统底层API交互的方法，java虚拟机在调用本地方法时，通过本地方法栈给本地方法提供内存空间。
