理解栈帧和栈的运行原理

栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格式存在，栈帧是一个内存区块，是一个数据集，是一个有关方法 (Method) 和运行期数据的数据集，当一个方法A被调用时就产生了一个栈帧 F1，并被压入到栈中，

A方法又调用了 B 方法，于是产生栈帧 F2 也被压入栈，B方法又调用了 C方法，于是产生栈帧 F3 也被压入栈，

……执行完毕后，先弹出 F3 栈帧，再弹出 F2 栈帧，再弹出 F1 栈帧……

遵循“先进后出”/“后进先出”原则

每个方法执行的同时都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，每一个方法从调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈的过程。栈的大小和具体 JVM 的实现有关，通常在256K~756K之间

 

 

1. 局部变量表

局部变量表是一组变量值存储空间，用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。在 Java 程序编译为 Class 文件时，就在方法表的 Code 属性的 max_locals 数据项中确定了该方法需要分配的最大局部变量表的容量。

2. 操作数栈

操作数栈也常被称为操作栈，它是一个后入先出栈。同局部变量表一样，操作数栈的最大深度也是编译的时候被写入到方法表的 Code 属性的 max_stacks 数据项中。操作数栈的每一个元素可以是任意 Java 数据类型，包括 long 和 double。32 位数据类型所占的栈容量为 1，64 位 数据类型所占的栈容量为 2。栈容量的单位为 “字宽”，对于 32 位虚拟机来说，一个” 字宽 “占 4 个字节，对于 64 位虚拟机来说，一个” 字宽 “占 8 个字节。

当一个方法刚刚执行的时候，这个方法的操作数栈是空的，在方法执行的过程中，会有各种字节码指向操作数栈中写入和提取值，也就是入栈与出栈操作。例如，在做算术运算的时候就是通过操作数栈来进行的，又或者调用其它方法的时候是通过操作数栈来行参数传递的。

另外在虚拟机概念模型中，两个栈帧作为虚拟机栈的元素，相互之间完全是独立的。但大多数虚拟机的实现都会做一些优化处理， 令两个栈帧出现一部分重叠。让下面栈帧部分的操作数栈和上面栈帧部分的局部变量表重叠在一起，这样在进行方法调用的时候就可以共用一些数据了，无需额外的参数复制传递过程，重叠过程如下图所示
 

3. 方法返回地址

当一个方法被执行后，有两种方式退出这个方法。第一种方式是执行引擎遇到任意一个方法返回的字节码指令，这时候可能会有返回值传递给上层的方法调用者 (调 用当前方法的的方法称为调用者)，是否有返回值和返回值的类型将根据遇到何种方法返回指令来决定，这种退出方法方式称为正常完成出口 (Normal Method Invocation Completion)。

另外一种退出方式是，在方法执行过程中遇到了异常，并且这个异常没有在方法体内得到处理，无论是 Java 虚拟机内部产生的异常，还是代码中使用 athrow 字节码指令产生的异常，只要在本方法的异常表中没有搜索到匹配的异常处理器，就会导致方法退出，这种退出方式称为异常完成出口 (Abrupt Method Invocation Completion)。一个方法使用异常完成出口的方式退出，是不会给它的调用都产生任何返回值的。

无论采用何种方式退出，在方法退出之前，都需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续执行，方法返回时可能需要在栈帧中保存一些信息，用来帮助恢复它的上 层方法的执行状态。一般来说，方法正常退出时，调用者 PC 计数器的值就可以作为返回地址，栈帧中很可能会保存这个计数器值。而方法异常退出时，返回地址是 要通过异常处理器来确定的，栈帧中一般不会保存这部分信息。

方法退出的过程实际上等同于把当前栈帧出栈，因此退出时可能执行的操作有：恢复上层方法的局部变量表和操作数栈，把返回值 (如果有的话) 压入调用都栈帧的操作数栈中，调用 PC 计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令等。

4. 动态连接

每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属性方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接。在 Class 文件的常量池中存有大量的 符号引用，字节码中的方法调用指令就以常量池中指向方法的符号引用为参数。这些符号引用一部分会在类加载阶段或第一次使用的时候转化为直接引用，这种转化 称为静态解析。另外一部分将在每一次的运行期期间转化为直接引用，这部分称为动态连接。