与程序计数器一样，Java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同，虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型，每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧，栈帧中存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息，方法被调用到执行完毕的过程就是入栈和出栈的过程。在这个区域当中，如果线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，将会抛出StackOverflowError异常，如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展，当栈扩展无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

虚拟机栈的访问速度仅次于程序计数器，并且由于其只有两个操作：入栈和出栈，所有对于栈来说不存在垃圾回收的问题，但存在栈溢出的情况。

StackOverflowError测试案例

测试代码

public class Main 
    private static int count = 0;

    public static void dfs() 
        count++;
        dfs();
    

    public static void main(String args[]) 
        try 
            dfs();
         catch (Throwable e) 
            System.out.println("递归的深度：" + count);
            e.printStackTrace();

设置程序运行时虚拟机栈的大小为1M。

-Xss1m

修改虚拟机栈的大小为2M，再次测试，递归的深度明显变深了。

栈运行原理

栈中存放的是一个一个的栈帧，栈帧中又着存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。

JVM对栈的操作只有两个。即入栈和出栈。既然是对栈操作，那么就遵循”后进先出“的原则。

前面我们已经讲过，虚拟机栈是线程私有的，每一个线程都有各自的虚拟机栈。对于一个正在执行任务的线程而言，一个时间点上只会有一个活动的栈帧，即当前线程虚拟机栈的栈顶栈帧，这个栈帧被称为当前栈帧，其对应的方法为当前方法，定义这个方法的类就是当前类。执行引擎运行的所有字节码指令都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，对应的新的栈帧就会被创建出来，放在栈的顶端，成为新的当前帧。并且如果方法有返回值的话，会将执行结果返回给前一个栈帧，记录在前一个栈帧的操作数栈中。

注意：不同线程中所包含的栈帧是不允许存在相互引用的，不可能在一个栈帧之中引用另外一个线程的栈帧（只需要抓住虚拟机栈是线程私有的这一点即可理解）。

栈帧的内部结构

栈帧的内部结构如下，其中的附加信息并不是每一个栈帧都具备的。

局部变量表（Local Variables）

操作数栈（operand Stack）（或表达式栈）

动态链接（DynamicLinking）（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）

附加信息（与Java虚拟机实现相关的一些附加信息）

栈帧的大小主要由局部变量表和操作数栈决定的，有关栈帧内部的分析下文将会讲解到，接下来先看下面的例子。

改变栈帧大小的StackOverflowError测试案例

同样是在设置JVM虚拟机栈大小为1M的条件下进行，递归深度变浅。

public class Main 
    private static int count = 0;

    public static double dfs() // 增加返回值
        count++;
        double a = 1.0, b = 2.0, c = 3.0, d = 4.0, e = 5.0;// 定义一些局部变量
        double sum = a + b + c + d + e;
        dfs();
        return sum;
    

    public static void main(String args[]) 
        try 
            dfs();
         catch (Throwable e) 
            System.out.println("递归的深度：" + count);
            e.printStackTrace();

局部变量表

定义为一个数字数组，主要用于存储方法参数和定义在方法体内的局部变量，这些数据类型包括各类基本数据类型（八大基本数据类型）、对象引用（reference），以及returnAddress类型。

由于局部变量表是建立在线程的栈上，是线程的私有数据，因此不存在数据安全问题。

局部变量表所需的容量大小是在编译期确定下来的，并保存在方法的Code属性的maximum local variables数据项中。在方法运行期间是不会改变局部变量表的大小的。

方法嵌套调用的次数由栈的大小决定。一般来说，栈越大，方法嵌套调用次数越多。对一个函数而言，它的参数和局部变量越多，使得局部变量表膨胀，它的栈帧就越大，以满足方法调用所需传递的信息增大的需求。进而函数调用就会占用更多的栈空间，导致其嵌套调用次数就会减少。

局部变量表中的变量只在当前方法调用中有效。在方法执行时，虚拟机通过使用局部变量表完成参数值到参数变量列表的传递过程。当方法调用结束后，随着方法栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁。

栈帧中与性能调优关系最为密切的部分就是局部变量表，局部变量表中的变量也是垃圾回收时重要的根节点，只要是被局部变量表中直接或者间接引用的对象都不会被回收。 后文垃圾回收机制中将会涉及到，目前了解即可。

局部变量槽

局部变量表，最基本的存储单元是Slot（变量槽）。

参数值的存放总是在局部变量数组的index0开始，到数组长度-1的索引结束。

局部变量表中存放编译期可知的各种基本数据类型（八大基本数据类型），引用类型（reference），returnAddress类型的变量。

在局部变量表里，32位以内的类型只占用一个slot（包括returnAddress类型），64位的类型（long和double）占用两个slot。

byte、short、char 在存储前被转换为int，boolean也被转换为int，0表示false，非0表示true。

JVM会为局部变量表中的每一个Slot都分配一个访问索引，通过这个索引即可成功访问到局部变量表中指定的局部变量值。

当一个实例方法被调用的时候，它的方法参数和方法体内部定义的局部变量将会按照顺序被复制到局部变量表中的每一个slot上。

如果需要访问局部变量表中一个64bit的局部变量值时，只需要使用前一个索引即可。（比如：访问long或double类型变量时，占了两个Slot槽，使用第一个的索引）

如果当前帧是由构造方法或者实例方法创建的，那么该对象引用this将会存放在index为0的slot处，其余的参数按照参数表顺序继续排列。

对于如下的代码：

public static void test() 
    double a = 1.0, b = 2.0;
    double c = a + b;

其对应的局部变量最大插槽数为：6

值得注意的是，局部变量槽Slot是可以重复利用的，如果一个局部变量以及过了其作用域，那么之后申明的新的局部变量就可以复用这一个局部变量的槽位，从而来达到节约资源的目的。并且局部变量必须认为的初始化，否则无法使用。

下面的代码为错误代码，提示变量 i 可能尚未初始化。

public static void test() 
    int i;
    System.out.println(i);

操作数栈

栈帧中自身还包括一个栈，叫做操作数栈，也被称为表达式栈。

作用：主要用于保存计算过程中的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间。

操作数栈是JVM执行引擎的一个工作区，当方法执行时，其对应的栈帧被创建出来，这时这个栈帧的操作数栈为空（因为还没有进行任何操作，只是创建了出来）。
操作数栈的最大深度在编译期间就定义好了，保存在方法的Code属性中。
操作数栈并非采用访问索引的方式来进行数据访问，而是只能通过标准的入栈出栈操作来完成一次数据访问。
如果被调用的方法有返回值，其返回值将会被压入调用该方法对应的栈帧的操作数栈中。
操作数栈中的元素的数据类型必须与字节码指令的序列严格匹配，这在编译期间进行验证，同时类加载阶段还会再次验证。

动态链接

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（运行时常量池在方法区）。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）。

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。

说到这里其实很容易混淆一个概念，那就是class文件的常量池和运行时常量池。

方法区内部包含了运行时常量池，字节码文件内部包含了常量池。一个java源文件中的类、接口编译后产生一个字节码文件，字节码需要数据支持才能运行，如果数据也保存到字节码文件中，那么编译生成的字节码文件将会很大，并且其中存储了很多的重复的公共数据，为此就需要引入字节码中的常量池来解决这个问题。字节码文件中的常量池记录的是指向运行时常量池的引用，动态链接就是将这些符号引用转化为直接引用。

静态链接

当一个字节码文件被装载进JVM内部时，如果被调用的目标方法在编译期可知，且运行期保持不变时，这种情况下将调用方法的符号引用转换为直接引用的过程称之为静态链接。

动态链接

如果被调用的方法在编译期无法被确定下来，只能够在程序运行期将调用的方法的符号转换为直接引用，由于这种引用转换过程具备动态性，因此也被称之为动态链接。
静态链接和动态链接不是名词，而是动词，这是理解的关键。

理解了动态链接的作用，接下来抛出一个问题，如何将符号引用转化为调用方法的直接引用？

早期绑定

早期绑定就是指被调用的目标方法如果在编译期可知，且运行期保持不变时，即可将这个方法与所属的类型进行绑定，这样一来，由于明确了被调用的目标方法究竟是哪一个，因此也就可以使用静态链接的方式将符号引用转换为直接引用。

晚期绑定

如果被调用的方法在编译期无法被确定下来，只能够在程序运行期根据实际的类型绑定相关的方法，这种绑定方式也就被称之为晚期绑定。

虚方法与非虚方法

如果方法在编译期就确定了具体的调用版本，这个版本在运行时是不可变的。这样的方法称为非虚方法。

静态方法、私有方法、final方法、实例构造器、父类方法都是非虚方法。其他方法称为虚方法。

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。

例如下面的代码：

public static void test() 
    try 
        int i = 1 / 0;
     catch (Exception e) 
        e.printStackTrace();

其异常表的信息为：

以上是关于JVM学习笔记四：运行时数据区之虚拟机栈的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

JVM运行时数据区之虚拟机栈，本地方法栈和程序计数器

JVM学习笔记六：运行时数据区之堆

JVM学习笔记三：运行时数据区之程序计数器

JVM学习笔记运行时数据区

JVM运行时数据区篇(虚拟机栈)

JVM笔记2-Java虚拟机内存管理简介