java虚拟机 jvm 局部变量表实战

Posted 2020-07-03 分享牛

java局部变量表是栈帧重要组中部分之一。他主要保存函数的参数以及局部的变量信息。局部变量表中的变量作用域是当前调用的函数。函数调用结束后，随着函数栈帧的销毁。局部变量表也会随之销毁，释放空间。

由于局部变量表存在栈帧中。所以，如果函数参数和局部变量比较多，会使的局部变量表膨胀，每一次调用会占用更多的栈空间。最终结局就是栈空间内存一定的情况下调用的次数减少。

1.1.1. 局部变量表变量影响

下面的代码演示在栈空间内存一定的情况下，参数以及局部变量的大小对函数调用次数的影响。第一个函数recursion()不包含任何的参数和局部变量,第二个函数recursion()包含3个参数和4个局部变量，因此我们也可以算出局部变量表中包含了13个变量信息。第一个局部变量表拥有更深的调用层次。代码如下：

private static int count=0;
public static void recursion(int a,int b,int c){
long l1=12;
short sl=1;
byte b1=1;
String s="1";
System.out.println("count="+count);
count++;
recursion(1,2,3);
}
public static void recursion(){
System.out.println("count="+count);
count++;
recursion();
}

使用jvm参数-Xss128K执行上面第一个无参的recursion()函数，输出结果如下：

count=4495
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
at sun.nio.cs.UTF_8.updatePositions(UTF_8.java:77)

使用jvm参数-Xss128K执行上面第二个个有参的recursion()函数，输出结果如下：

count=3865
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
at sun.nio.cs.UTF_8.updatePositions(UTF_8.java:77)
at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeArrayLoop(UTF_8.java:564)
at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeLoop(UTF_8.java:619)

可以得出结论：

在同等的栈容量下，局部变量少的函数可以支持更深的函数调用。调用次数也就越多。

如何证明结论是正确的呢？在这里我们借助jclasslib工具来查看局部变量表的局部变量信息。

下图显示了无参的recursion()函数最大的局部变量表大小为0个字。有参的recursion()函数最大的局部变量表大小为8个字。在这里说明一下：

int、short、byte、对象引用等占用一个字。long和double在局部变量中需要占用2个字。

(字 一个字在32位计算机中为4个字节的长度)

我们来算一下recursion(1,2,3);方法局部变量表的大小。

三个参数为int 所以 是3

long l1=12; 2

short sl=1; 1

byte b1=1; 1

String s="1"; 1

所以说 一共是8个字。

需要强调的一点是这里说的局部变量表指的是java栈空间的一部分，不要跟下面说的classs字节码中的局部变量表混淆。

 

下面展示class字节码中的局部变量表的内容：

 

 

从图中看以看出来一些信息：

在Class文件的局部变量表定义中，显示了每一个局部变量的作用范围、所在槽位的索引信息(index列信息)，

变量的名称(name列)和数据类型信息(descriptor列)

数据类型信息映射：

I---int类型

D--double类型

B-byte类型

Ljava/lange/Integer --Integer类型

Ljava/lange/String--String类型

S--short类型

栈帧中的局部变量的槽位是可以重复使用的。如果一个声明的变量过了其作用域，那么其作用域之后申请的变量有可能复用过期的局部变量的槽位，从而能够达到节省资源目的。

1.1.2. 局部变量表槽位的复用

下面得代码显示了局部变量表槽位的复用。localVar1()函数中，局部变量a和b得范围都是到了函数的末尾所以b是没有办法复用a的卡槽所在的位置。localVar2()函数中，局部变量a在}之后不在有效了，所以b是可以复用a的卡槽的位置都是int类型所以是1个字。程序如下所示：

public void localVar1(){

int a=0;

System.out.println(a);

int b=0;

}

public void localVar2(){

{

int a=0;

System.out.println(a);

}

int b=0;

}

使用jclasslib工具来查看局部变量表的局部变量localVar1()信息如下图：

 

 

 

该函数最大的局部变量大小3个字，卡槽0位为thsi引用(实例方法的第一个局部变量都是this)，第一个卡槽位变量为a,第二个卡槽位变量为b,每个变量是1个字所以一共是三个字。

使用jclasslib工具来查看局部变量表的局部变量localVar2()信息如下图：

 

 

该函数最大的局部变量大小2个字，卡槽0位为thsi引用(实例方法的第一个局部变量都是this)，第一个卡槽位变量为a,第二个卡槽位变量为b,每个变量是1个字 但是b变量复用了a卡槽位所以一共是2个字。

 

局部变量表也是作为垃圾回收gc的重要参考点，只要被局部变量表中直接或者间接引用的对象都不会被回收。所以必须要理解局部变量表才能理解gc回收机制。

下面的主要讲解说明局部变量对垃圾回收的影响。

1.1.3. 局部变量对垃圾回收的影响

程序代码如下所示：

jvm参数-XX:+PrintGC参数 垃圾回收前后堆得大小

JvmTestLocalVarGc t=new JvmTestLocalVarGc();

t.localvarGc1();

结果输出：[Full GC 3875K->3546K(15872K), 0.0050719 secs]

在申请空间后，立即调用GC垃圾回收，很明显，由于byte被b强引用所以无法回收这块空间。

JvmTestLocalVarGc t=new JvmTestLocalVarGc();

t.localvarGc2();

结果输出：[Full GC 3875K->474K(15872K), 0.0036066 secs]

在垃圾回收前，现将b设置为null，使byte数组拾取引用，所以GC后byte数组被直接垃圾回收了。

JvmTestLocalVarGc t=new JvmTestLocalVarGc();

t.localvarGc3();

结果输出：[Full GC 3875K->3546K(15872K), 0.0069622 secs]

在进行垃圾回收前，先使局部变量b实现，虽然b离开了作用域，但是变量b亦然存放在局部变量表中。并且指向byte数组，故byte数组亦然没有被回收。

JvmTestLocalVarGc t=new JvmTestLocalVarGc();

t.localvarGc4();

结果输出：[Full GC 3875K->474K(15872K), 0.0037666 secs]

在垃圾回收前，不仅是b失效了，c复用了变量b的字，由于b被销毁，所以byte数组被销毁了。

JvmTestLocalVarGc t=new JvmTestLocalVarGc();

t.localvarGc5();

结果输出：[Full GC 3875K->3546K(15872K), 0.0054367 secs]

[Full GC 3546K->474K(15936K), 0.0036164 secs]

对于localvarGc5()调用localvarGc1()方法，很明显localvarGc1()中没有回收byte数组，但在其返回后他的栈帧被销毁了，自然栈帧中所有的局部变量也没销毁了,容器没了，值当然也不存在了嘛。

所以byte数组失去饮用。在localvarGc5()中被回收了。

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