虚拟机字节码执行引擎

我们知道，javac编译器完成了程序代码经过词法分析、语法分析到抽象语法树、再遍历语法树生成线性的字节码指令流的过程。而字节码文件再经过加载、验证、准备、解析、初始化等阶段才能被使用。字节码执行引擎正是执行了这样的过程：输入的是字节码文件，处理过程是字节码解析的等效过程，输出的是执行结果。

运行时栈帧结构

栈帧（stack frame）是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，它是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈的栈元素。栈中存储了方法的局部变量表、操作数栈、动态链接和方法返回地址等信息。每一个方法从调用开始到执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈里面从入栈到出栈的过程。
在编译程序代码的时候，栈帧中需要多大的局部变量表、多深的操作数栈都已经完全确定了，并且写入到方法表的Code属性之中，因此一个栈帧需要分配多少内存，不会受到程序运行期变量数据的影响，而仅仅取决于具体的虚拟机实现。
注：对于执行引擎来讲，活动线程中，只有栈顶的栈帧是有效的，称为当前栈帧，这个栈帧所关联的方法称为当前方法。执行引擎所运行的所有字节码指令都只是针对当前栈帧进行操作。

局部变量表

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。
局部变量表的容量以变量槽为最小单位，每个slot都应该能存放一个boolean,byte,short,int,char,float,reference,returnAddress类型的数据，对于64位的数据类型只有double,long两种（reference可能为32位也可能为64位），这两种类型占用两个slot。
虚拟机是使用局部变量表完成参数值到参数变量列表的传递过程，如果是实例方法（非static）那么局部变量表中第0位索引的slot默认是用于传递方法所属对象实例的引用，方法中可以通过this来访问这个隐含的参数。其余参数则按照参数表的顺序来排列，占用从1开始的局部变量slot，参数表分配完毕之后，再根据方法体内部定义的变量顺序和作用域分配其余的slot。
注：类变量有两次赋值的过程，一次在准备阶段，赋予系统初始值（比如int默认值为0，boolean默认值为false，object类型默认值为null等），另外一次在初始化阶段，赋予程序员定义的初始值。因此即使在初始化阶段程序员没有为类变量赋值也没用关系，类变量仍然具有一个确定的初始值。但是局部变量若是定义了但没有赋初始值是没法使用的，类加载将会失败。

操作数栈

操作数栈是用来存放操作数的栈结构。当一个方法刚开始执行的时候，这个方法的操作数栈是空的，在方法的执行过程中，会有各种字节码指令向操作数栈中写入和提取内容，也就是入栈和出栈的操作。
注：java虚拟机的解释执行引擎称为基于栈的执行引擎，其中所指的栈就是操作数栈。

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。我们知道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，这种转化为称为静态解析，另外一部分将在每一次的运行期间转化为直接引用，这部分称为动态连接。

方法返回地址

方法被执行后，有两种方式退出这个方法。第一种方法是执行引擎遇到任意一个方法的返回的字节码指令。另外一种退出方式是在方法执行过程中遇到了异常，并且这个异常并没有在方法体中得到处理。方法退出之后，需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续执行，方法返回时需要在栈帧中保存一些信息，用以帮助它恢复它上层方法的执行状态。一般情况下，调用者的pc计数器的值可以作为返回地址，栈帧中很可能会保存这个计数器值，方法异常退出时，返回地址是要通过异常处理器表来确定，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，所以可能需要执行这些操作：恢复上层方法的局部变量表和操作数栈，把返回值压入调用者栈的操作数栈中，调整pc计数器的值。
附加信息：虚拟机规范允许具体的虚拟机实现增加一些规范里没有描述的信息到栈帧中，这部分信息取决于具体的虚拟机实现。