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So werden Java Methoden auf dem Stack gestapelt | StackOverFlow


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Java Methoden werden beim Aufruf gestapelt.
Und jedes Element auf dem Stapel nimmt Speicherplatz weg.

Und manchmal ist es so, dass der Stapel richtig hoch wird und dann….

Ja was passiert eigentlich dann?

Betrachten wir einmal ein Computerspiel.
Irgendeines. In diesem Computerspiel gibt es Vögel, welche abgeschossen werden sollen.

Was bedeutet das denn genau?

  • Beim jedem Schuss ist ein bisschen Speicherplatz weg?
  • Oder bei jeder Mausbewegung ist wieder ein Speicherblock weg?
  • Was passiert, wenn eine Methode eine andere aufruft – Ist dann gleich doppelter Speicherplatz weg?

Ich sage dir:
In einem kleinen Programm, denkst du über so etwas gar nicht nach.
Denn es hat kaum bemerkenswerte Auswirkungen.

Aber was ist in einem großen Spiel, wo sekündlich richtig viele Aktionen durchlaufen.
Reserviert Java dann nicht immer mehr Speicher?

Also dann.
Wie kannst du das Speicherproblem für diese Methoden lösen?
Oder löst es Java allein?
Was ist dabei zu beachten?

Na Interesse?
Dann lies diesen Artikel.

Java Methoden und lokale Variablen findest du auf dem Stack.

Der Stack ist die Speicherverwaltung für Java Methoden und deren lokale Variablen.
Bleiben wir doch beim Spiel und bei den Vögeln.

Nehmen wir an, dass es im Spiel drei Methoden gibt.

  • fliegen(): Diese Methode gibt eine Information, dass der Vogel fliegt.
  • getroffenSein(): Der Vogel wurde getroffen und ein Geräusch ertönt.
  • abstürzen(): Nachdem der Vogel getroffen wurde, stürzt dieser ab.

Beginnen wir mit der Methode fliegen().
Sobald diese aufgerufen wird, landet sie auf dem Stack.

Am Ende der Methode, bei der schließenden Klammer, verschwindet diese aus dem Stack.
Der Speicherplatz wird somit freigegeben.


public class VogelSpiel {
 
void fliegen(int flugGeschwindigkeit) {
System.out.println("Der Vogel fliegt mit einer Geschwindigkeit von " + flugGeschwindigkeit);
} // fliegt vom Stack
 
public static void main(String[] args) {
VogelSpiel vogelEins = new VogelSpiel();
vogelEins.fliegen(2);
}
}

Was ist mit der lokalen Variable „flugGeschwindigkeit“?
Lokale Variablen werden am Ende von Java Methoden ebenfalls zerstört.
Denn diese Variable gehört schließlich zur Methode.

Und somit wird diese genauso behandelt, wie die Methode selbst.
Sie fliegt also runter vom Stack.

Und wenn du andere Methoden aufrufst, dann werden diese schön nacheinander auf dem Stack geschoben und wieder heruntergeschmissen.

Im Beispiel wird zuerst die fliegen() Methode, mitsamt der lokalen Variablen, auf den Stack geschoben.
Am Ende der Methode (geschweifte Klammer) wird diese vom Stack herunter geschoben und macht Platz.

Sie könnte Platz machen für die „getroffenSein()“ Methode.
Jetzt ist ihr großer Auftritt.
Und auch diese existiert nur bis zum Ende des Methodenausdrucks (Klammer).

Aber was passiert, wenn eine Methode die andere aufruft?

Java Methoden können gestapelt werden.

Angenommen die Methode „fliegen ()“, ruft die Methode „getroffenSein ()“ auf.
Und „getroffenSein ()“ ruft die nächste Java Methode auf.

Das Ganze könnte so aussehen:


public class VogelSpiel {
 
void fliegen(int flugGeschwindigkeit) { 
System.out.println("Der Vogel fliegt mit einer Geschwindigkeit von " + flugGeschwindigkeit);
getroffenSein("Bing ÄÄÄHHHH"); //Java Methode getroffenSein wird aufgerufen
} 
 
void getroffenSein(String ton){ 
System.out.println(ton);
abstuerzen(22); //GetroffenSein ruft die nächste Java Methode auf
} 
 
void abstuerzen(int absturzgeschwindeigkeit){
System.out.println("Vogel stürzt mit einer Geschw. von "+absturzgeschwindeigkeit+" zu Boden.");
}
 
public static void main(String[] args) {
VogelSpiel vogelEins = new VogelSpiel();
vogelEins.fliegen(2);
}
}

Und jetzt beginnt das Spiel beim Fliegen.
Und beim Fliegen wird der Vogel getroffen.
Und er stürzt ab.

Ungewöhnlich, aber während des Absturzes fliegt der Vogel noch.
Da die Methode fliegen() noch nicht geschlossen wurde.

Stell dir das Ganze als eine Art Stapel vor.
Speicherverwaltung hat etwas mit Verwaltung zu tun.
Und in jeder Verwaltung gibt es Akten- oder Dokumentenstapel.

Und auf dem Stack existieren jetzt vier Methoden (mit main-Methode) in einem Stapel.

Java-Methoden-Stapel

Ganz oben liegt die aktuellste Methode.
Dies ist die letzte Methode, welche aufgerufen wurde.
Darunter die „getroffenSein()“ Methode usw.

Wenn jetzt diese Java Methoden geschlossen werden, verschwinden diese von oben nach unten aus dem Stapel.
Zuerst wird die „abstuerzen()“ Methode geschlossen und es wird Speicher frei gemacht.

Da die „abstuerzen()“ Methode innerhalb des Methodenrumpfes der „getroffenSein()“ Methode aufgerufen wurde, existiert die „getroffenSein()“ Methode einfach länger auf dem Stack.

Und da die „getroffenSein()“ Methode innerhalb der „fliegen()“ Methode aufgerufen wurde, existiert die „fliegen()“ Methode wiederum länger.

Du kannst somit sagen:
Wenn der Vogel abstürzt – läuft immer noch die „getroffenSein()“ Methode und die „fliegen()“ Methode.

Somit fliegt der Vogel noch beim Absturz.

Bauen wir einen Stapel Java Methoden bis in den Himmel.

Was ist, wenn die letzte Methode „abstuerzen()“ die erste Methode „fliegen()“ aufruft.

Somit würde die fliegen() Methode starten.
Diese wiederum ruft die nächste Java Methode, „getroffenSein()“, auf.

„GetroffenSein()“ ruft dann „abstuerzen()“ auf.
Und „abstuerzen“ ruft wieder „fliegen()“ auf.

Java-Methoden-Stack

Eine Endlosschleife.
Cool. Lass es uns ausprobieren.

So würde der Java Code dazu aussehen:


public class VogelSpiel {

	void fliegen(int flugGeschwindigkeit) {
		System.out.println("Der Vogel fliegt mit einer Geschwindigkeit von " + flugGeschwindigkeit);
		getroffenSein("Bing ÄÄÄHHHH"); 
	}

	void getroffenSein(String ton) {
		System.out.println(ton);
		abstuerzen(22); 
	}

	void abstuerzen(int absturzgeschwindeigkeit) {
		System.out.println("Vogel stürzt mit einer Geschw. von " + absturzgeschwindeigkeit + " zu Boden.");
		fliegen(22); //abstürzen ruft jetzt wieder fliegen auf
	}

	public static void main(String[] args) {
		VogelSpiel vogelEins = new VogelSpiel();
		vogelEins.fliegen(2);
	}
}

Klicke auf „Run“ und schau selbst nach, was passiert.

Java Methoden lassen sich nicht unendlich stapeln. Es kommt zum StackOverFlow.

Na hast du auf „Run“ geklickt?

Dann wird dir die Fehlermeldung StackOverFlow aufgefallen sein.
Blöd, oder?

Es ist eigentlich logisch.
Stell dir vor, du hast ausversehen so einen endlosen Stapel gebaut.
Alle Java Methoden brauchen Speicher.
Und die lokalen Variablen innerhalb der Methoden ebenfalls.

Klar, dass der Speicher nicht unendlich ist.
Und Java schützt dein Programm mit dieser Exception oder Fehlermeldung.
Es ist somit ein ganz nützliches Feature, welches Java bereitstellt.

StackOverFlow bedeutet somit:
Stapel voll. Stapel fließt über. Mehr geht nicht. Abbruch.

So was bleibt noch zu sagen?

Die Main Methode liegt natürlich auch auf dem Stapel

Diese liegt ganz unten.

Diese lasse ich aber außen vor.
Denn innerhalb der Main-Methode wurde ebenfalls eine lokale Variable, „vogelEins“, angelegt.
Diese verweist aber auf ein Objekt.

Und Objekte haben eine andere Speicherverwaltung als Java Methoden.
Die Objektverwaltung findet auf dem sogenannten Heap statt.
Und das ist ein eigenes Kapitel.

Zusammenfassung:

  • Java Methoden werden auf dem Stack gestapelt.
  • Eine Methode beginnt bei ihrer öffnenden und endet bei ihrer schließenden Klammer.
    In dieser Zeit liegt sie auf dem Stack.
  • Ruft eine Methode eine andere Methode auf, werden die Methoden gestapelt.
  • Wird der Stapel zu hoch oder geht ins Unendliche kommt es zum StackOverFlow.
  • Java Objekte werden speicherintern anders behandelt, als Java Methoden.
    Methoden liegen auf dem Stack und Objekte leben auf dem Heap.

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