面试篇：虚拟机栈5连问？一听心里就乐了

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来源：经授权转自 阿Q说代码（ID：AQ_Shuo）

作者：阿Q

面试路上

“滴，滴滴......”师傅我们到哪了？我还要赶着面试呢。

「师傅：」 快了快了，下个路口就到了。真是服了这帮人了，不会开车净往里凑。

听着司机师傅的抱怨声，不禁想起首打油诗：满目尾灯红，耳盈刺笛声。心忧迟到久，颓首似雷轰。

一下车赶紧小跑就进了富丽堂皇的酒店，不不不，是商务楼，这大厅有点气派，让我有点想入非非呀。

面试经过

“咚咚咚”，“请进”。

「面试官：」 小伙子长得挺帅呀，年轻人就是有活力，来先做个简单的自我介绍吧。

「阿Q：」 面试官你好，My name is “影流之主”，来自艾欧尼亚，是LOL中的最强中单（不接受反驳），论单杀没有服过谁。我的口头禅是“无形之刃，最为致命”，当然你也可以叫我阿Q，这是我的简历。

「面试官：」 阿Q，那咱也不寒暄了，直接切正题吧。看你jvm写的知识点最多，那就先说一下你对虚拟机栈的理解吧。

「阿Q：」 内心OS：这波可以吹X了。咳...咳...虚拟机栈早期也叫java栈，是在jvm的运行时数据区存在的一块内存区域。它是线程私有的，随线程创建而创建，随线程消亡而结束。

嗯。。。假装想一下😄

众所周知，栈只有进栈和出栈两种操作，所以它是一种快速有效的分配存储方式。对于它来说，它不存在垃圾回收问题，但是它的大小是动态的或者固定不变的，因此它会存在栈溢出或者内存溢出问题......

「面试官:」 打断一下啊，你刚才说会存在栈溢出和内存溢出问题，那你能分别说一下为什么会出现这种情况吗？

「阿Q：」 可以可以，我们知道虚拟机栈由栈帧组成，每一个方法的调用都对应着一个栈帧的入栈。我们可以通过-Xss参数来设置栈的大小，假设我们设置的虚拟机栈大小很小，当我们调用的方法过多，也就是栈帧过多的话，就会出现StackOverflowError，即栈溢出问题。

假如我们的栈帧不固定，设置为动态扩展的，那在我们的内存不足时，也就没有足够的内存来支持栈的扩展，这个时候就会出现OOM异常，即内存溢出问题。

「面试官:」 嗯嗯（点头状），示意小伙子思路很清晰呀，那你刚才说到栈帧设置的太小会导致栈帧溢出问题，那我们设置的大点不就可以完全避免栈溢出了嘛。

「阿Q：」 一听就是要给我挖坑呀，像我们一般都比较崇尚中庸之道，所以一听到这种绝对的问题，必须机灵点：不不不，调整栈的大小只可以「延缓」栈溢出的时间或者说减少栈溢出的风险。

举个🌰吧

1. 假如一个业务逻辑的方法调用需要5000次，但是此时抛出了栈溢出的错误。我们可以通过设置-Xss来获取更大的栈空间，使得调用在7000次时才会溢出。此时调整栈大小就变得很有意义，因为这样就会使得业务能正常支持。

2. 那假如是有「死递归」的情况则无论怎么提高栈大小都会溢出，这样也就没有任何意义了。

「面试官:」 好的，那你看一下这个简单的小程序，你能大体说一下它在内存中的执行过程吗？

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

来张图，便于大家更好地理解

「阿Q：」  先把该代码编译一下，然后查看它的字节码文件。如上图中左边所示，执行过程如下：

1. 首先将要执行的指令地址0存放到PC寄存器中，此时，局部变量表和操作数栈的数据为空；
2. 当执行第一条指令bipush时，将操作数15放入操作数栈中，然后将PC寄存器的值置为下一条指令的执行地址，即2；
3. 当执行指令地址为2的操作指令时，将操作数栈中的数据取出来，存到局部变量表的1位置，因为该方法是实例方法，所以0位置存的是this的值，PC寄存器中的值变为3;
4. 同步骤2和3将8先放入操作数栈，然后取出来存到局部变量表中，PC寄存器中的值也由3->5->6；
5. 当执行到地址指令为6、7、8时，将局部变量表中索引位置为1和2的数据重新加载到操作数栈中并进行iadd加操作，将得到的结果值存到操作数栈中，PC寄存器中的值也由6->7->8->9；
6. 执行操作指令istore_3，将操作数栈中的数据取出存到局部变量表中索引为3的位置，执行return指令，方法结束。

「面试官:」 内心OS：这小子貌似还可以呀。说的还不错，那你能说一下方法中定义的局部变量是否线程安全吗？

「阿Q：」 那我再用几个例子来说一下吧。

public class LocalParaSafeProblem {


    /**
     * 线程安全的
     * 虽然StringBuilder本身线程不安全，
     * 但s1 变量只存在于这个栈帧的局部变量表中，
     * 因为栈帧是每个线程独立的一份，
     * 所以这里的s1是线程安全的
     */
    public static void method01() {
        // 线程内部创建的，属于局部变量
        StringBuilder s1 = new StringBuilder();
        s1.append("a");
        s1.append("b");
    }

    /**
     * 线程不安全
     * 因为此时StringBuilder是作为参数传入，
     * 外部的其他线程也可以访问，所以线程不安全
     */
    public static void method02(StringBuilder stringBuilder) {
        stringBuilder.append("a");
        stringBuilder.append("b");
    }

    /**
     * 线程不安全
     * 此时StringBuilder被多个线程同时操作
     */
    public static void method03() {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        new Thread(() -> {
            stringBuilder.append("a");
            stringBuilder.append("b");
        }, "t1").start();

        method02(stringBuilder);
    }

    /**
     * 线程不安全
     * 因为此时方法将StringBuilder返回出去了
     * 外面的其他线程可以直接修改StringBuilder这个引用了所以不安全
     */
    public static StringBuilder method04() {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        stringBuilder.append("a");
        stringBuilder.append("b");
        return stringBuilder;
    }


    /**
     * StringBuilder是线程安全的
     * 此时stringBuilder值在当前栈帧的局部变量表中存在，
     * 其他线程无法访问到该引用，
     * 方法执行完成之后此时局部变量表中的stringBuilder的就销毁了
     * 返回的stringBuilder.toString()线程不安全
     * 最后的返回值将toString返回之后，其他线程可以操作而String本身是线程不安全的。
     */
    public static String method05() {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        stringBuilder.append("a");
        stringBuilder.append("b");
        return stringBuilder.toString();
    }
}

看到这估计会有点绕，那我就总结一下吧：如果对象是在方法内部产生且在内部消亡，不会返回到外部就不存在线程安全问题；反之如果类本身线程不安全的话就存在线程安全问题。

「面试官：」 不错不错，有理有据，那你再说说你对堆内存的理解吧。

「阿Q：」 唉，今天太累了，说了一天这个了，不想说了。

「面试官：」 那好吧，那我们今天先到这吧，回去等通知吧。

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