【JVM之記憶體與垃圾回收篇】虛擬機器棧

虛擬機器棧

虛擬機器棧概述

由於跨平臺性的設計，Java 的指令都是根據棧來設計的。不同平臺 CPU 架構不同，所以不能設計為基於暫存器的。

優點是跨平臺，指令集小，編譯器容易實現，缺點是效能下降，實現同樣的功能需要更多的指令。

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有不少 Java 開發人員一提到 Java 記憶體結構，就會非常粗粒度地將 JVM 中的記憶體區理解為僅有 Java 堆（heap）和 Java 棧（stack）？為什麼？

首先棧是執行時的單位，而堆是儲存的單位。

• 棧解決程式的執行問題，即程式如何執行，或者說如何處理資料。
• 堆解決的是資料儲存的問題，即資料怎麼放，放哪裡

Java虛擬機器棧是什麼

Java 虛擬機器棧（Java Virtual Machine Stack），早期也叫 Java 棧。每個執行緒在建立時都會建立一個虛擬機器棧，其內部儲存一個個的棧幀（Stack Frame），對應著一次次的 Java 方法呼叫。

Java 虛擬機器棧是執行緒私有的

生命週期

生命週期和執行緒一致，也就是執行緒結束了，該虛擬機器棧也銷燬了

作用

主管Java程式的執行，它儲存方法的區域性變數、部分結果，並參與方法的呼叫和返回。

區域性變數，它是相比於成員變數來說的（或屬性）

基本資料型別變數 VS 引用型別變數（類、陣列、介面）

棧的特點

棧是一種快速有效的分配儲存方式，訪問速度僅次於罹序計數器。

JVM 直接對 Java 棧的操作只有兩個：

• 每個方法執行，伴隨著進棧（入棧、壓棧）
• 執行結束後的出棧工作

對於棧來說不存在垃圾回收(GC)問題（棧存在溢位(OOM)的情況）

面試題：開發中遇到哪些異常？

棧中可能出現的異常

Java 虛擬機器規範允許 Java 棧的大小是動態的或者是固定不變的。

• 如果採用固定大小的 Java 虛擬機器棧，那每一個執行緒的 Java 虛擬機器棧容量可以線上程建立的時候獨立選定。如果執行緒請求分配的棧容量超過 Java 虛擬機器棧允許的最大容量，Java 虛擬機器將會丟擲一個 StackOverflowError 異常。
• 如果 Java 虛擬機器棧可以動態擴充套件，並且在嘗試擴充套件的時候無法申請到足夠的記憶體，或者在建立新的執行緒時沒有足夠的記憶體去建立對應的虛擬機器棧，那 Java 虛擬機器將會丟擲一個 OutOfMemoryError 異常。

/**
 * 演示棧中的異常：StackOverflowError
 * @author: Nemo
 */
public class StackErrorTest {
    private static int count = 1;
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(count++);
        main(args);
    }
}

當棧深度達到 9803 的時候，就出現棧記憶體空間不足

設定棧記憶體大小

可查閱官方文件：https://docs.oracle.com/en/java/javase/11/tools/tools-and-command-reference.html

我們可以使用引數 -Xss 選項來設定執行緒的最大棧空間，棧的大小直接決定了函式呼叫的最大可達深度

理解：Stack Size

-Xss1m
-Xss1k

棧的儲存單位

棧中儲存什麼？

每個執行緒都有自己的棧，棧中的資料都是以棧幀（Stack Frame）的格式存在。

在這個執行緒上正在執行的每個方法都各自對應一個棧顏（Stack Frame）。

棧幀是一個記憶體區塊，是一個資料集，維繫著方法執行過程中的各種資料資訊。

OOP的基本概念：類和物件

類中基本結構：field（屬性、欄位、域）、method

棧執行原理

JVM 直接對 Java 棧的操作只有兩個，就是對棧幀的壓棧和出棧，遵循“先進後出”/“後進先出”原則。

在一條活動執行緒中，一個時間點上，只會有一個活動的棧幀。即只有當前正在執行的方法的棧幀（棧頂棧幀）是有效的，這個棧幀被稱為當前棧幀（Current Frame），與當前棧幀相對應的方法就是當前方法（Current Method），定義這個方法的類就是當前類（Current Class）。

執行引擎執行的所有位元組碼指令只針對當前棧幀進行操作。

如果在該方法中呼叫了其他方法，對應的新的棧幀會被建立出來，放在棧的頂端，成為新的當前幀。

下面寫一個簡單的程式碼

/**
 * 棧幀
 *
 * @author: Nemo
 */
public class StackFrameTest {
    public static void main(String[] args) {
        method01();
    }

    private static int method01() {
        System.out.println("方法1的開始");
        int i = method02();
        System.out.println("方法1的結束");
        return i;
    }

    private static int method02() {
        System.out.println("方法2的開始");
        int i = method03();;
        System.out.println("方法2的結束");
        return i;
    }
    private static int method03() {
        System.out.println("方法3的開始");
        int i = 30;
        System.out.println("方法3的結束");
        return i;
    }
}

輸出結果為

方法1的開始
方法2的開始
方法3的開始
方法3的結束
方法2的結束
方法1的結束

滿足棧先進後出的概念，通過 IDEA 的 DEBUG，能夠看到棧資訊

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不同執行緒中所包含的棧幀是不允許存在相互引用的，即不可能在一個棧幀之中引用另外一個執行緒的棧幀。

如果當前方法呼叫了其他方法，方法返回之際，當前棧幀會傳回此方法的執行結果給前一個棧幀，接著，虛擬機器會丟棄當前棧幀，使得前一個棧幀重新成為當前棧幀。

Java 方法有兩種返回函式的方式，一種是正常的函式返回，使用 return 指令；另外一種是丟擲異常。不管使用哪種方式，都會導致棧幀被彈出。

public class CurrentFrameTest {
    public void methodA() {
        System.out.println("當前棧幀對應的方法->methodA");
        methodB();
        System.out.println("當前棧幀對應的方法->methodA");
    }
    public void methodB() {
        System.out.println("當前棧幀對應的方法->methodB");
    }
}

棧幀的內部結構

每個棧幀中儲存著：

• 區域性變數表（Local Variables）
• 運算元棧（operand Stack）（或 表示式棧）
• 動態連結（DynamicLinking）（或 指向執行時常量池的方法引用）
• 方法返回地址（Return Address）（或 方法正常退出或者異常退出的定義）
• 一些附加資訊
  

並行每個執行緒下的棧都是私有的，因此每個執行緒都有自己各自的棧，並且每個棧裡面都有很多棧幀，棧幀的大小主要由區域性變數表和運算元棧決定的

區域性變數表

區域性變數表：Local Variables，被稱之為區域性變數陣列或本地變數表

定義為一個數字陣列，主要用於儲存方法引數和定義在方法體內的區域性變數，這些資料型別包括各類基本資料型別、物件引用（reference），以及 returnAddress 型別。

由於區域性變數表是建立線上程的棧上，是執行緒的私有資料，因此不存在資料安全問題

區域性變數表所需的容量大小是在編譯期確定下來的，並儲存在方法的 Code 屬性的 maximum local variables 資料項中。在方法執行期間是不會改變區域性變數表的大小的。

方法巢狀呼叫的次數由棧的大小決定。一般來說，棧越大，方法巢狀呼叫次數越多。對一個函式而言，它的引數和區域性變數越多，使得區域性變數表膨脹，它的棧幀就越大，以滿足方法呼叫所需傳遞的資訊增大的需求。進而函式呼叫就會佔用更多的棧空間，導致其巢狀呼叫次數就會減少。

區域性變數表中的變數只在當前方法呼叫中有效。在方法執行時，虛擬機器通過使用區域性變數表完成引數值到引數變數列表的傳遞過程。當方法呼叫結束後，隨著方法棧幀的銷燬，區域性變數表也會隨之銷燬。

可以看到，在 Class 檔案的區域性變數表中，顯示了每個區域性變數的作用域範圍、所在槽位的索引（index 列）、變數名（name 列）和資料型別（J 表示 long 型別）。

關於Slot的理解

引數值的存放總是在區域性變數陣列的 index0 開始，到陣列長度 -1 的索引結束。

區域性變數表，最基本的儲存單元是 Slot（變數槽）

區域性變數表中存放編譯期可知的各種基本資料型別（8 種），引用型別（reference），returnAddress 型別的變數。

在區域性變數表裡，32 位以內的型別只佔用一個 slot（包括 returnAddress 型別），64 位的型別（long 和 double）佔用兩個 slot。

• byte、short、char 在儲存前被轉換為 int，boolean 也被轉換為 int，0 表示 false，非 0 表示 true。
• long 和 double 則佔據兩個 slot。

JVM 會為區域性變數表中的每一個 Slot 都分配一個訪問索引，通過這個索引即可成功訪問到區域性變數表中指定的區域性變數值

當一個例項方法被呼叫的時候，它的方法引數和方法體內部定義的區域性變數將會按照順序被複制到區域性變數表中的每一個 slot 上

如果需要訪問區域性變數表中一個 64bit 的區域性變數值時，只需要使用前一個索引即可。（比如：訪問 long 或 double 型別變數）

如果當前幀是由構造方法或者例項方法建立的，那麼該物件引用 this 將會存放在 index 為 0 的 slot 處，其餘的引數按照參數列順序繼續排列。

Slot的重複利用

棧幀中的區域性變數表中的槽位是可以重用的，如果一個區域性變數過了其作用域，那麼在其作用域之後申明的新的區域性變就很有可能會複用過期區域性變數的槽位，從而達到節省資源的目的。

靜態變數與區域性變數的對比

變數的分類：

按資料型別分：

• 基本資料型別
• 引用資料型別

按類中宣告的位置分：

• 成員變數（類變數，例項變數）：在使用前，都經歷過預設初始化賦值
  • 類變數：linking 的 prepare 階段，給類變數預設賦值。
    inital 階段：給類變數顯示賦值即靜態程式碼塊賦值
  • 例項變數：隨著物件建立，會在堆空間中分配例項變數空間，並進行預設賦值
• 區域性變數：在使用前必須進行顯式賦值！否則，編譯不通過。

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參數列分配完畢之後，再根據方法體內定義的變數的順序和作用域分配。

我們知道類變數表有兩次初始化的機會，第一次是在“準備階段”，執行系統初始化，對類變數設定零值，另一次則是在“初始化”階段，賦予程式設計師在程式碼中定義的初始值。

和類變數初始化不同的是，區域性變數表不存在系統初始化的過程，這意味著一旦定義了區域性變數則必須人為的初始化，否則無法使用。

在棧幀中，與效能調優關係最為密切的部分就是前面提到的區域性變數表。在方法執行時，虛擬機器使用區域性變數表完成方法的傳遞。

區域性變數表中的變數也是重要的垃圾回收根節點，只要被區域性變數表中直接或間接引用的物件都不會被回收。

運算元棧

概念

運算元棧：Operand Stack

每一個獨立的棧幀除了包含區域性變數表以外，還包含一個後進先出（Last-In-First-Out）的 運算元棧，也可以稱之為 表示式棧（Expression Stack）

運算元棧，在方法執行過程中，根據位元組碼指令，往棧中寫入資料或提取資料，即入棧（push）/出棧（pop）

• 某些位元組碼指令將值壓入運算元棧，其餘的位元組碼指令將運算元取出棧。使用它們後再把結果壓入棧
• 比如：執行復制、交換、求和等操作

程式碼舉例

運算元棧，主要用於儲存計算過程的中間結果，同時作為計算過程中變數臨時的儲存空間。

運算元棧就是 JVM 執行引擎的一個工作區，當一個方法剛開始執行的時候，一個新的棧幀也會隨之被建立出來，這個方法的運算元棧是空的。

這個時候陣列是有長度的，因為陣列一旦建立，那麼就是不可變的

每一個運算元棧都會擁有一個明確的棧深度用於儲存數值，其所需的最大深度在編譯期就定義好了，儲存在方法的 Code 屬性中，為 maxstack 的值。

棧中的任何一個元素都是可以任意的 Java 資料型別

• 32bit 的型別佔用一個棧單位深度
• 64bit 的型別佔用兩個棧單位深度

運算元棧並非採用訪問索引的方式來進行資料訪問的，而是隻能通過標準的入棧和出棧操作來完成一次資料訪問

如果被呼叫的方法帶有返回值的話，其返回值將會被壓入當前棧幀的運算元棧中，並更新 PC 暫存器中下一條需要執行的位元組碼指令。

運算元棧中元素的資料型別必須與位元組碼指令的序列嚴格匹配，這由編譯器在編譯器期間進行驗證，同時在類載入過程中的類檢驗階段的資料流分析階段要再次驗證。

另外，我們說 Java 虛擬機器的解釋引擎是基於棧的執行引擎，其中的棧指的就是運算元棧。

程式碼追蹤

我們給定程式碼

public void testAddOperation() {
    byte i = 15;
    int j = 8;
    int k = i + j;
}

使用 javap 命令反編譯 class 檔案： javap -v 類名.class

byte、short、char、boolean 內部都是使用int型來進行儲存的

從上面的程式碼我們可以知道，我們都是通過bipush對運算元 15 和 8進行入棧操作

同時使用的是 iadd方法進行相加操作，i -> 代表的就是 int，也就是int型別的加法操作

執行流程如下所示：

首先執行第一條語句，PC 暫存器指向的是 0，也就是指令地址為 0，然後使用 bipush 讓運算元 15 入棧。

執行完後，讓 PC + 1，指向下一行程式碼，下一行程式碼就是將運算元棧的元素儲存到區域性變數表 1 的位置，我們可以看到區域性變數表的已經增加了一個元素

為什麼區域性變數表不是從 0 開始的呢？

其實區域性變數表也是從 0 開始的，但是因為 0 號位置儲存的是 this 指標，所以說就直接省略了~

然後 PC+1，指向的是下一行。讓運算元 8 也入棧，同時執行 store 操作，存入區域性變數表中

然後從區域性變數表中，依次將資料放在運算元棧中

然後將運算元棧中的兩個元素執行相加操作，並儲存在區域性變數表 3 的位置

最後PC暫存器的位置指向 10，也就是 return 方法，則直接退出方法

程式設計師面試過程中，常見的 i++ 和 ++i 的區別，放到位元組碼篇章時再介紹。

棧頂快取技術

棧頂快取技術：Top Of Stack Cashing

前面提過，基於棧式架構的虛擬機器所使用的零地址指令更加緊湊，但完成一項操作的時候必然需要使用更多的入棧和出棧指令，這同時也就意味著將需要更多的指令分派（instruction dispatch）次數和記憶體讀/寫次數。

由於運算元是儲存在記憶體中的，因此頻繁地執行記憶體讀/寫操作必然會影響執行速度。為了解決這個問題，HotSpot JVM 的設計者們提出了棧頂快取（ToS，Top-of-Stack Cashing）技術，將棧頂元素全部快取在物理CPU的暫存器中，以此降低對記憶體的讀/寫次數，提升執行引擎的執行效率。

暫存器：指令更少，執行速度快

動態連結（或指向執行時常量池的方法引用）

動態連結：Dynamic Linking

動態連結、方法返回地址、附加資訊 ： 有些地方被稱為幀資料區

每一個棧幀內部都包含一個指向執行時常量池中該棧幀所屬方法的引用包含這個引用的目的就是為了支援當前方法的程式碼能夠實現動態連結（Dynamic Linking）。比如：invokedynamic 指令

在 Java 原始檔被編譯到位元組碼檔案中時，所有的變數和方法引用都作為符號引用（symbolic Reference）儲存在 class 檔案的常量池裡。

比如：描述一個方法呼叫了另外的其他方法時，就是通過常量池中指向方法的符號引用來表示的，那麼動態連結的作用就是為了將這些符號引用轉換為呼叫方法的直接引用。

為什麼需要執行時常量池？

因為在不同的方法，都可能呼叫常量或者方法，所以只需要儲存一份即可，節省了空間

常量池的作用：就是為了提供一些符號和常量，便於指令的識別

方法的呼叫：解析與分配

在 JVM 中，將符號引用轉換為呼叫方法的直接引用與方法的繫結機制相關

連結

靜態連結

當一個位元組碼檔案被裝載進 JVM 內部時，如果被呼叫的目標方法在編譯期可知，且執行期保持不變時，這種情況下降呼叫方法的符號引用轉換為直接引用的過程稱之為靜態連結

動態連結

如果被呼叫的方法在編譯期無法被確定下來，也就是說，只能夠在程式執行期將呼叫的方法的符號轉換為直接引用，由於這種引用轉換過程具備動態性，因此也被稱之為動態連結。

繫結機制

對應的方法的繫結機制為：早期繫結（Early Binding）和晚期繫結（Late Binding）。繫結是一個欄位、方法或者類在符號引用被替換為直接引用的過程，這僅僅發生一次。

早期繫結

早期繫結就是指被呼叫的目標方法如果在編譯期可知，且執行期保持不變時，即可將這個方法與所屬的型別進行繫結，這樣一來，由於明確了被呼叫的目標方法究竟是哪一個，因此也就可以使用靜態連結的方式將符號引用轉換為直接引用。

晚期繫結

如果被呼叫的方法在編譯期無法被確定下來，只能夠在程式執行期根據實際的型別繫結相關的方法，這種繫結方式也就被稱之為晚期繫結。

早晚期繫結的發展歷史

隨著高階語言的橫空出世，類似於 Java 一樣的基於物件導向的程式語言如今越來越多，儘管這類程式語言在語法風格上存在一定的差別，但是它們彼此之間始終保持著一個共性，那就是都支援封裝、繼承和多型等物件導向特性，既然這一類的程式語言具備多型特悄，那麼自然也就具備早期繫結和晚期繫結兩種繫結方式。

Java 中任何一個普通的方法其實都具備虛擬函式的特徵，它們相當於 C++ 語言中的虛擬函式（C++ 中則需要使用關鍵字 virtual 來顯式定義）。如果在 Java 程式中不希望某個方法擁有虛擬函式的特徵時，則可以使用關鍵字 final 來標記這個方法。

虛方法和非虛方法

非虛方法：

• 如果方法在編譯期就確定了具體的呼叫版本，這個版本在執行時是不可變的。這樣的方法稱為非虛方法。
• 靜態方法、私有方法、final 方法、例項構造器、父類方法都是非虛方法。

虛方法

• 其他方法稱為虛方法。

子類物件的多型的使用前提

• 類的繼承關係
• 方法的重寫

呼叫指令

虛擬機器中提供了以下幾條方法呼叫指令：

普通呼叫指令：

• invokestatic：呼叫靜態方法，解析階段確定唯一方法版本
• invokespecial：呼叫 <init> 方法、私有及父類方法，解析階段確定唯一方法版本
• invokevirtual：呼叫所有虛方法
• invokeinterface：呼叫介面方法

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動態呼叫指令：

• invokedynamic：動態解析出需要呼叫的方法，然後執行

前四條指令固化在虛擬機器內部，方法的呼叫執行不可人為干預，而 invokedynamic 指令則支援由使用者確定方法版本。其中 invokestatic 指令和 invokespecial 指令呼叫的方法稱為非虛方法，其餘的（final 修飾的除外）稱為虛方法。

invokedynamic指令

JVM 位元組碼指令集一直比較穩定，一直到 Java7 中才增加了一個 invokedynamic 指令，這是 Java 為了實現“動態型別語言”支援而做的一種改進。

但是在 Java7 中並沒有提供直接生成 invokedynamic 指令的方法，需要藉助 ASM 這種底層位元組碼工具來產生 invokedynamic 指令。直到 Java8 的 Lambda 表示式的出現，invokedynamic 指令的生成，在 Java 中才有了直接的生成方式。

Java7 中增加的動態語言型別支援的本質是對 Java 虛擬機器規範的修改，而不是對 Java 語言規則的修改，這一塊相對來講比較複雜，增加了虛擬機器中的方法呼叫，最直接的受益者就是執行在 Java 平臺的動態語言的編譯器。

動態型別語言和靜態型別語言

動態型別語言和靜態型別語言兩者的區別就在於對型別的檢查是在編譯期還是在執行期，滿足前者就是靜態型別語言，反之是動態型別語言。

說的再直白一點就是，靜態型別語言是判斷變數自身的型別資訊；動態型別語言是判斷變數值的型別資訊，變數沒有型別資訊，變數值才有型別資訊，這是動態語言的一個重要特徵。

Java：String info = "Nemo"; (Java 是靜態型別語言的，會先編譯就進行型別檢查)

Python：info = 130.5
JS：var name = "Nemo";
var name = 10; （執行時才進行檢查）

方法重寫的本質

Java 語言中方法重寫的本質：

1. 找到運算元棧頂的第一個元素所執行的物件的實際型別，記作 C。
2. 如果在型別 C 中找到與常量中的描述符合簡單名稱都相符的方法，則進行訪問許可權校驗，如果通過則返回這個方法的直接引用，查詢過程結束；如果不通過，則返回 java.lang.IllegalAccessError 異常。
3. 否則，按照繼承關係從下往上依次對 C 的各個父類進行第 2 步的搜尋和驗證過程。
4. 如果始終沒有找到合適的方法，則丟擲 java.lang.AbstractMethodsrror 異常。

IllegalAccessError介紹

程式試圖訪問或修改一個屬性或呼叫一個方法，這個屬性或方法，你沒有許可權訪問。一般的，這個會引起編譯器異常。這個錯誤如果發生在執行時，就說明一個類發生了不相容的改變。

方法的呼叫：虛方法表

在物件導向的程式設計中，會很頻繁的使用到動態分派，如果在每次動態分派的過程中都要重新在類的方法後設資料中搜尋合適的目標的話就可能影響到執行效率。因此，為了提高效能，JVM 採用在類的方法區建立一個虛方法表
（virtual method table）（非虛方法不會出現在表中）來實現。使用索引表來代替查詢。

每個類中都有一個虛方法表，表中存放著各個方法的實際入口。

虛方法表是什麼時候被建立的呢？
虛方法表會在類載入的連結階段被建立並開始初始化，類的變數初始值準備完成之後，JVM 會把該類的方法表也初始化完畢。

如上圖所示：如果類中重寫了方法，那麼呼叫的時候，就會直接在虛方法表中查詢，否則將會直接連線到 Object 的方法中。

方法返回地址

存放呼叫該方法的 PC 暫存器的值。

一個方法的結束，有兩種方式：

• 正常執行完成
• 出現未處理的異常，非正常退出

無論通過哪種方式退出，在方法退出後都返回到該方法被呼叫的位置。方法正常退出時，呼叫者的 PC 計數器的值作為返回地址，即呼叫該方法的指令的下一條指令的地址。而通過異常退出的，返回地址是要通過異常表來確定，棧幀中一般不會儲存這部分資訊。

當一個方法開始執行後，只有兩種方式可以退出這個方法：

• 執行引擎遇到任意一個方法返回的位元組碼指令（return），會有返回值傳遞給上層的方法呼叫者，簡稱正常完成出口；
  • 一個方法在正常呼叫完成之後，究竟需要使用哪一個返回指令，還需要根據方法返回值的實際資料型別而定。
  • 在位元組碼指令中，返回指令包含 ireturn（當返回值是boolean，byte，char，short 和 int 型別時使用），lreturn（Long型別），freturn（Float型別），dreturn（Double型別），areturn。另外還有一個 return 指令宣告為 void 的方法，例項初始化方法，類和介面的初始化方法使用。
• 在方法執行過程中遇到異常（Exception），並且這個異常沒有在方法內進行處理，也就是隻要在本方法的異常表中沒有搜尋到匹配的異常處理器，就會導致方法退出，簡稱異常完成出口。
  • 方法執行過程中，丟擲異常時的異常處理，儲存在一個異常處理表，方便在發生異常的時候找到處理異常的程式碼
    

本質上，方法的退出就是當前棧幀出棧的過程。此時，需要恢復上層方法的區域性變數表、運算元棧、將返回值壓入呼叫者棧幀的運算元棧、設定 PC 暫存器值等，讓呼叫者方法繼續執行下去。

正常完成出口和異常完成出口的區別在於：通過異常完成出口退出的不會給他的上層呼叫者產生任何的返回值。

一些附加資訊

棧幀中還允許攜帶與 Java 虛擬機器實現相關的一些附加資訊。例如：對程式除錯提供支援的資訊。

棧的相關面試題

• 舉例棧溢位的情況？（StackOverflowError）
  • 通過 -Xss 設定棧的大小
• 調整棧大小，就能保證不出現溢位麼？
  • 不能保證不溢位
• 分配的棧記憶體越大越好麼？
  • 不是，一定時間內降低了 OOM 概率，但是會擠佔其它的執行緒空間，因為整個空間是有限的。
• 垃圾回收是否涉及到虛擬機器棧？
  • 不會
• 方法中定義的區域性變數是否執行緒安全？
  • 具體問題具體分析

/**
 * 面試題
 * 方法中定義區域性變數是否執行緒安全？具體情況具體分析
 * 何為執行緒安全？
 *    如果只有一個執行緒才可以操作此資料，則必是執行緒安全的
 *    如果有多個執行緒操作，則此資料是共享資料，如果不考慮共享機制，則為執行緒不安全
 *    
 * @author: Nemo
 */
public class StringBuilderTest {

    // s1的宣告方式是執行緒安全的
    public static void method01() {
        // 執行緒內部建立的，屬於區域性變數
        StringBuilder s1 = new StringBuilder();
        s1.append("a");
        s1.append("b");
    }

    // 這個也是執行緒不安全的，因為有返回值，有可能被其它的程式所呼叫
    public static StringBuilder method04() {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        stringBuilder.append("a");
        stringBuilder.append("b");
        return stringBuilder;
    }

    // stringBuilder 是執行緒不安全的，操作的是共享資料
    public static void method02(StringBuilder stringBuilder) {
        stringBuilder.append("a");
        stringBuilder.append("b");
    }


    /**
     * 同時併發的執行，會出現執行緒不安全的問題
     */
    public static void method03() {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        new Thread(() -> {
            stringBuilder.append("a");
            stringBuilder.append("b");
        }, "t1").start();

        method02(stringBuilder);
    }

    // StringBuilder是執行緒安全的，但是String也可能執行緒不安全的
    public static String method05() {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        stringBuilder.append("a");
        stringBuilder.append("b");
        return stringBuilder.toString();
    }
}

總結一句話就是：如果物件是在內部產生，並在內部消亡，沒有返回到外部，那麼它就是執行緒安全的，反之則是執行緒不安全的。

執行時資料區，是否存在 OOM Error 和 GC？

執行時資料區	是否存在 OOM Error	是否存在 GC
程式計數器	否	否
虛擬機器棧	是	否
本地方法棧	是	否
方法區	是（OOM）	是
堆	是	是