JVM - 本地方法栈

# 1. 本地方法栈 (Native Method Stack) 概述

在 JVM 的运行时数据区中，除了我们熟知的用于管理 Java 方法调用的虚拟机栈 (VM Stack) 之外，还存在一个专门服务于本地方法 (Native Method) 调用的内存区域——本地方法栈 (Native Method Stack)。

核心职责区分：

Java 虚拟机栈 (VM Stack)：管理 Java 方法的调用。每个 Java 方法的执行对应一个栈帧在虚拟机栈上的入栈和出栈。
本地方法栈 (Native Method Stack)：管理 本地方法的调用。当线程调用一个 native 关键字修饰的方法时，其执行状态的管理就由本地方法栈负责。

本地方法栈具有以下关键特性，与虚拟机栈非常相似：

线程私有 (Thread-Private)：与虚拟机栈一样，本地方法栈也是线程私有的。每个线程在创建时，如果 JVM 支持并需要本地方法栈，就会为其分配一个独立的本地方法栈。其生命周期与线程绑定，随线程创建而创建，随线程结束而销毁。
内存大小可配置 (Fixed or Dynamic Size)：
- 《Java虚拟机规范》允许本地方法栈的实现是固定大小的，也可以是可动态扩展的。具体的实现策略由 JVM 厂商决定。
可能发生的异常 (Errors)：本地方法栈在内存溢出方面的行为与虚拟机栈一致：
- StackOverflowError：如果本地方法栈的大小是固定的，当一个线程请求的栈深度（通常是本地方法的嵌套调用深度）超过了其允许的最大容量时，Java 虚拟机将抛出 StackOverflowError。
- OutOfMemoryError：
  - 如果本地方法栈允许动态扩展，在尝试扩展栈容量时无法申请到足够的内存，JVM 将抛出 OutOfMemoryError。
  - 如果在创建新线程时，没有足够的内存来为其创建所需的本地方法栈，JVM 也会抛出 OutOfMemoryError。

本地方法通常是使用 C 或 C++ 等非 Java 语言实现的。本地方法栈在执行本地方法调用时的角色如下：

登记与加载：当一个 Java 线程调用一个本地方法时，它首先需要在本地方法栈中登记这个 native 方法的相关信息。然后，执行引擎 (Execution Engine) 在执行时会负责加载并链接到包含该本地方法实现的本地方法库 (Native Library)（通常是 .dll 或 .so 文件）。

本地方法栈、执行引擎与本地方法库的关系

进入非 JVM 世界：一旦调用了本地方法，线程就进入了一个全新的、不再受 JVM 严格管控的世界。本地方法的执行是直接在底层操作系统上运行本地机器码，而不是执行 JVM 字节码。
强大的权限与交互能力：在本地方法内部，代码拥有与 JVM 进程本身几乎相同的权限。它可以：
- 通过 Java 本地接口 (JNI - Java Native Interface) 回调或访问 JVM 内部的运行时数据区（如创建 Java 对象、访问 Java 字段、调用 Java 方法等）。
- 直接使用本地处理器（CPU）的寄存器。
- 直接从本地内存堆 (Native Heap) 中分配任意数量的内存（需要开发者手动管理）。

《Java虚拟机规范》并未对本地方法栈的具体实现做出强制性规定，例如：

使用语言：没有规定本地方法栈必须使用哪种语言实现。
数据结构：没有规定其内部必须采用何种数据结构。
是否必需：规范甚至允许 JVM 实现不支持 native 方法。如果一个 JVM 产品选择不支持本地方法，那么它也可以不实现本地方法栈。

在目前最主流的 HotSpot Java 虚拟机中，其设计者做了一个简化的选择：它直接将本地方法栈和 Java 虚拟机栈合二为一了。

这意味着在 HotSpot JVM 中：

不存在一个独立的物理“本地方法栈”内存区域。
无论是 Java 方法的调用还是 Native 方法的调用，都使用同一个栈进行管理。
因此，HotSpot JVM 的 -Xss 参数同时控制了 Java 方法调用栈帧和 Native 方法调用栈帧所能使用的总栈空间大小。栈溢出错误 (StackOverflowError) 也都在这同一个栈上发生。

合并的原因可能包括：

核心总结

上次更新: 2025/04/05, 20:16:54