線程、棧與棧楨

在Java中，Java線程與操作系統一對一綁定，Java虛擬機棧也與操作系統線程棧映射，操作系統線程在Java線程創建時創建。前面介紹-Xss配置虛擬機棧的大小便是指定操作系統線程棧的大小。

我們以Java命令啟動一個Java程序就是啟動一個JVM進程。JVM啟動后會加載類字節碼執行，類的加載過程見本書第三章。程序中main方法是Java程序的入口，JVM會為main方法的執行分配一個線程，叫main線程。如代碼清單1-4所示。

代碼清單1-4 打印main方法所在線程名

public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 輸出：main
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}

我們編寫的Java代碼都會在線程中執行，而在Java中創建Thread對象并調用start方法時，JVM會為其創建一個Java線程，并創建一個操作系統線程，將操作系統線程綁定到Java線程上。HotSpot虛擬機線程start流程如下：

// 第一步：jvm.cpp文件中，JVM_StartThread方法
native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);
// 第二步： thread.cpp文件中，JavaThread的構建方法
os::create_thread(this, thr_type, stack_sz);
// 第三步：os_linux.cpp文化中，os::create_thread方法
OSThread* osthread = new OSThread(NULL, NULL);
thread->set_osthread(osthread);

雖然Java是一門面向對象的語言，但程序運行依然是基于方法的調用，每個方法對應一個棧楨，方法的調用對應棧楨的入棧和出棧。Java類中每個方法的代碼經過編譯處理后最終變為字節碼指令存儲在Code屬性中，這部分內容會在第二章解析Class文件結構時進行詳解。棧與棧楨的關系如圖1.7所示。

圖1.7 線程、棧與棧楨的關系

在調用Thread對象的start方法時，該線程對應的虛擬機棧的第一個棧楨是run方法。run方法中每調用一個方法就對應一個棧楨的入棧，一個方法只有執行結束才會出棧。方法執行結束包括方法拋出異常結束、return命令返回。

棧的大小是固定的，默認棧大小是1M，可通過-Xss參數配置。因此，從run方法開始，如果調用鏈路過深，如遞歸方法，在棧沒有足夠的空間容納下一個棧楨的入棧時，就會出現StackOverflowError錯誤，同時當前棧被銷毀，當前線程結束。HotSpot虛擬機的實現源碼[1]如代碼清單1-6所示。

代碼清單1-6 HotSpot方法調用源碼

void JavaCalls::call(JavaValue* result, methodHandle method, JavaCallArguments* args, TRAPS) {
  os::os_exception_wrapper(call_helper, result, &method, args, THREAD);
}

void JavaCalls::call_helper(JavaValue* result, methodHandle* m, JavaCallArguments* args, TRAPS) {
  methodHandle method = *m;
  JavaThread* thread = (JavaThread*)THREAD;
  .......
   // 判斷當前線程的調用棧是否有足夠的內存
  if (!os::stack_shadow_pages_available(THREAD, method)) {
     // 內存不足，拋出stack_overflow異常
    Exceptions::throw_stack_overflow_exception(THREAD, __FILE__, __LINE__, method);
    return;
  } else {
    // 占用足夠的內存
    os::bang_stack_shadow_pages();
  }
  ......
}

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注釋：

[1] 源碼在hotspot/src/share/vm/runtime/javaCalls.cpp文件中