在 Java 中推断方法的堆栈内存使用情况

Question

我正在尝试确定每个方法在运行时消耗多少堆栈内存。为了完成这个任务，我设计了这个简单的程序，它只会强制StackOverflowError，

public class Main {
    private static int i = 0;

    public static void main(String[] args) {
        try {
            m();
        } catch (StackOverflowError e) {
            System.err.println(i);
        }
    }

    private static void m() {
        ++i;
        m();
    }
}

打印一个整数，告诉我m() 被调用了多少次。我已手动将 JVM 的堆栈大小（-Xss VM 参数）设置为不同的值（128k、256k、384k），获得以下值：

   stack    i       delta
    128     1102
    256     2723    1621
    384     4367    1644

delta 是我计算出来的，是最后一行的 i 和当前的 i 之间的值。正如预期的那样，它是固定的。这就是问题所在。据我所知，堆栈大小的内存增量为 128k，这会产生类似于每次调用 80 字节的内存使用量（这似乎被夸大了）。

在 BytecodeViewer 中查找 m()，我们得到堆栈的最大深度为 2。我们知道这是一个静态方法，并且没有 this 参数传递，并且 m() 没有参数。我们还必须考虑返回地址指针。所以每个方法调用应该使用 3 * 8 = 24 个字节（我假设每个变量使用 8 个字节，这当然可能完全关闭。是吗？）。即使比这多一点，比如说 48bytes，我们离 80bytes 的值还很远。

我认为这可能与内存对齐有关，但事实是，在这种情况下，我会说，我们的值大约为 64 或 128 字节。

我在 64 位 Windows7 操作系统下运行 64 位 JVM。

我做了几个假设，其中一些可能完全不成立。既然如此，我全都听好了。

在有人开始问我为什么要这样做之前I must be frank..

Answer 1

这个问题可能超出了我的想象，也许你在更深层次上谈论这个问题，但无论如何我都会把我的答案扔在那里。

首先，return address pointer 指的是什么？当一个方法完成时，返回方法从堆栈帧中弹出。因此，在执行方法 Frame 中没有存储返回地址。

Frame方法存储局部变量。由于它是静态且无参数的，因此它们应该是空的，并且操作堆栈和局部变量的大小在编译时是固定的，每个单元中的每个单元都是 32 位宽。但除此之外，该方法还必须具有对其所属类的常量池的引用。

另外，JVM 规范指定方法帧 may be extended with additional implementation-specific information, such as debugging information. 可以解释剩余字节，具体取决于编译器。

全部来自JVM Specification on Frames.

更新

搜索 OpenJDK 源代码揭示了这一点，这似乎是在方法调用时传递给 Frames 的结构。提供了一个很好的洞察力：

/* Invoke types */

#define INVOKE_CONSTRUCTOR 1
#define INVOKE_STATIC      2
#define INVOKE_INSTANCE    3

typedef struct InvokeRequest {
    jboolean pending;      /* Is an invoke requested? */
    jboolean started;      /* Is an invoke happening? */
    jboolean available;    /* Is the thread in an invokable state? */
    jboolean detached;     /* Has the requesting debugger detached? */
    jint id;
    /* Input */
    jbyte invokeType;
    jbyte options;
    jclass clazz;
    jmethodID method;
    jobject instance;    /* for INVOKE_INSTANCE only */
    jvalue *arguments;
    jint argumentCount;
    char *methodSignature;
    /* Output */
    jvalue returnValue;  /* if no exception, for all but INVOKE_CONSTRUCTOR */
    jobject exception;   /* NULL if no exception was thrown */
} InvokeRequest;

Source

Answer 2

您需要将指令指针（8 字节）包含在堆栈中，并且可能会保存其他上下文信息，即使您认为不需要它也是如此。对齐可以是 16 个字节，像堆一样是 8 个字节。例如即使没有，它也可以为返回值保留 8 个字节。

Java 不像许多语言那样适合大量使用递归。例如它不会进行尾调用优化，在这种情况下会导致您的程序永远运行。 ;)