JVM堆栈深度：JVM内部与通过JNI调用的C++

Question

在你读得太远之前，我最初的想法是错误的。但调查很有趣。 给定一个简单的 Java 程序来测量可用的堆栈深度：

static int maxDepth = 0;
private static void foo(int depth) {
    maxDepth = Math.max(maxDepth, depth);
    foo(depth + 1);
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
    try {
        foo(0);
    } catch (Throwable t) {
        System.out.println("Depth=" + maxDepth);
    }
}

我使用 Java 17 的默认 2MB 堆栈获得约 20000 的最大深度。

但是，使用 JNI 从 C++ 调用 foo()（使用 2MB 本机堆栈）会导致最大深度约为 400。任何人都可以解释其中的差异吗？在这种情况下，JVM 是否以某种方式使用更大的堆栈帧，或者可用堆栈大小是否减少，或者其他原因？

我们的 C++ 到 Java 的桥梁使用大型代码生成工具和库，因为原始 JNI 调用非常乏味。归结为一个简单的示例有点困难，但最终调用是通过 JNI Env 进行的，如下所示：

cls = env->FindClass(className);
mid = mid = env->GetStaticMethodID(cls, "foo", signature);
va_list args;
va_start(args, env);
env->CallStaticVoidMethodV(cls, mid, args);

这是一个有趣的关于本机堆栈的讨论

更新：构建本机独立应用程序后，我确定问题出在我们较大的应用程序代码上，而不是我认为发生的情况。然而，一路上我做了一些有趣的观察：

观察 1：上面链接中讨论的“本机堆栈”（当 JVM 调用本机代码时使用）与此完全无关。使用的堆栈是本机 EXE 在启动时创建的堆栈。在 Windows/Visual C++ 上，这是由链接器中的“保留堆栈大小”选项设置的。在 Linux/g++ 上，我不确定这个论点，但here对此进行了讨论。堆栈大小越大，可用的递归深度越深。这可以在

test()

调用中看到。

观察 2：正如 @apangin 所指出的，JIT 编译器确实对最大堆栈深度有影响。这种影响可以通过运行测试两次来解决，第二次运行将使用已经编译的代码。

观察3：如果嵌入式JVM创建一个线程，它的堆栈大小等于默认的本机堆栈大小（至少在Windows上）。换句话说，增加 Windows 链接器上的“保留堆栈大小”也会更改新 JVM 线程使用的堆栈大小。这可以在随附的测试

testThread()

调用中看到。

示例代码： 爪哇

package jvmtest;
public class Test1 {
  private int maxDepth;
  private void foo(int depth) {
    maxDepth = Math.max(maxDepth, depth);
    foo(depth + 1);
  }
  int test() {
    maxDepth = 0;
    try {
      foo(0);
    } catch (Throwable ex) {}
    return maxDepth;
  }
  int testThread() {
    maxDepth = 0;
    Thread t = new Thread(() -> test());
    t.start();
    try {
      t.join();
    } catch (Exception ex) {}
    return maxDepth;
  }
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    Test1 t = new Test1();
    System.out.println("max depth=" + t.test());
    System.out.println("max depth=" + t.test());
  }
}

C++

#include <cstdlib>
#include <jni.h>
#include <cstring>
#include <iostream>
#define CLEAR(x) std::memset(&x, 0, sizeof(x))

// Set to your jar location
#define JAR_PATH "f:/temp/scratch/target/test-1.0.0-SNAPSHOT.jar";

int main()
{
  // Create the JVM
  JavaVMInitArgs vm_args;
  CLEAR(vm_args);
  JavaVMOption options[2];
  CLEAR(options);
  options[0].optionString = (char*)"-Djava.class.path=" JAR_PATH;
  vm_args.version = JNI_VERSION_1_6;
  vm_args.options = options;
  vm_args.nOptions = 1;
  JNIEnv* env = nullptr;
  JavaVM* vm = nullptr;
  jint rv = JNI_CreateJavaVM(&vm, (void**)&env, &vm_args);
  if (rv != 0) {
    std::cout << "JNI_CreateJavaVM failed with error " << rv << "\n";
    ::exit(1);
  }

  // Find our test
  jclass clazz = env->FindClass("jvmtest/Test1");
  if (clazz == 0) {
    std::cout << "failed to load class\n";
    ::exit(1);
  }
  jmethodID mid = env->GetMethodID(clazz, "test", "()I");
  jmethodID midThread = env->GetMethodID(clazz, "testThread", "()I");
  jmethodID constructor = env->GetMethodID(clazz, "<init>", "()V");
  if (mid == 0 || constructor == 0) {
    std::cout << "failed to find method\n";
    ::exit(1);
  }

  // Make test instance
  auto instance = env->NewObject(clazz, constructor);
  jint result;
  // Call method using JVM thread's stack
  result = env->CallIntMethod(instance, midThread);
  std::cout << "JVM max depth=" << result << "\n";
  result = env->CallIntMethod(instance, midThread);
  std::cout << "JVM max depth=" << result << "\n";
  // Call method using native stack
  result = env->CallIntMethod(instance, mid);
  std::cout << "native max depth=" << result << "\n";
  result = env->CallIntMethod(instance, mid);
  std::cout << "native max depth=" << result << "\n";

}

当我运行示例时，我的输出是

JVM max depth=27172
JVM max depth=62489
native max depth=62477
native max depth=62477

您可以看到 JIT 的效果，因为第二个调用的堆栈比第一个调用更深。您还可以看到 JVM 生成的线程中可用的堆栈深度与 EXE 的 main() 线程相同。

Answer 1

答案是我错了——通过JNI调用的本机代码可用的堆栈深度与JVM本身的堆栈深度相同。但是，请参阅我在问题描述中的观察，了解有关其工作原理的一些详细信息。