JVM虚拟机

内存中的栈和堆

栈：运行时单位，解决程序的运行，执行，处理数据问题 堆：存储单位，数据怎么放，放哪里

Java虚拟机栈是什么？

每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个的栈帧（Stack Frame），对应着一次次的Java方法调用，栈是线程私有的。

虚拟机栈的作用

主管Java程序的运行，它保存方法的局部变量（8 种基本数据类型、对象的引用地址）、部分结果，并参与方法的调用和返回。

栈的特点

访问速度仅次于程序计数器
主要操作：进栈，出栈
不存在垃圾回收问题（但是存在栈溢出的情况）

栈的存储单位

栈存储什么？

每个线程都有自己的栈，栈中数据以栈帧（stack frame）格式存在；在这个线程上每个方法都对应一个栈帧，栈帧是一个内存区块，是一个数据集，维系方法执行过程中的各个数据信息。

栈的运行原理

1、JVM对java栈只有两个操作，遵循先进后出的压栈出栈。
2、一条活动线程，一个时间点上，只会有一个活动的栈帧。
a、只有当前正在执行方法的栈帧是有效的。
b、与当前帧对应的方法就是当前方法。
c、定义这个方法的类就是当前类。
3、执行引擎允许的所有字节码指令只对当前栈帧进行操作
4、如果该方法调用其他方法，新的栈帧会被创建放在栈顶端，成为新的当前帧。
5、不同线程中所包含的栈帧是不允许存在相互引用的，即不可能在一个栈帧之中引用另外一个线程的栈帧。
6、如果当前方法调用了其他方法，方法返回之际，当前栈帧会传回此方法的执行结果给前一个栈帧，接着，虚拟机会丢弃当前栈帧，使得前一个栈帧重新成为当前栈帧。
7、Java方法有两种返回函数的方式，一种是正常的函数返回，使用return指令；另外一种是抛出异常，但不管使用哪种方式，都会导致栈帧被弹出

栈帧的内部结构：

1、局部变量表
2、操作数栈（或表达式栈）
3、动态链接（或指向运行时常量池的方法引用）
4、方法返回地址（或方法正常退出或者异常退出的定义）
5、一些附加信息
栈帧的大小由局部变量表和操作数栈决定。

局部变量表

1、局部变量表：Local Variables，被称之为局部变量数组或本地变量表
2、定义为一个数字数组，主要用于存储方法参数和定义在方法体内的局部变量
3、由于局部变量表是建立在线程的栈上，是线程的私有数据，因此不存在数据安全问题
4、局部变量表所需的容量大小是在编译期确定下来的，
5、方法嵌套调用的次数由栈的大小决定。一般来说，栈越大，方法嵌套调用次数越多。
6、局部变量表中的变量只在当前方法调用中有效。

静态变量与局部变量的对比：
按照在类中声明的方式分：
1、成员变量：
1、类变量：
linking的prepare阶段：给类变量默认赋值
initial阶段：给类变量显式赋值即静态代码块赋值
2、实例变量：随着对象的创建，会在堆空间中分配实例变量空间，并进行默认赋值
2、局部变量：在使用前，必须要进行显式赋值的！否则，编译不通过

操作数栈：Operand Stack

1、每一个独立的栈帧除了包含局部变量表以外，还包含一个后进先出（Last - In - First -Out）的 操作数栈，也可以称之为表达式栈（Expression Stack）
2、操作数栈，在方法执行过程中，根据字节码指令，往栈中写入数据或提取数据，即入栈（push）和 出栈（pop）

动态链接

1、在Java源文件被编译到字节码文件中时，所有的变量和方法引用都作为符号引用（Symbolic Reference）保存在class文件的常量池里
2、比如：描述一个方法调用了另外的其他方法时，就是通过常量池中指向方法的符号引用来表示的，那么动态链接的作用就是为了将这些符号引用转换为调用方法的直接引用

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静态链接 链接（解析） 当一个字节码文件被装载进JVM内部时，如果被调用的目标方法在编译期可知，且运行期保持不变。这种情况下将调用方法的符号引用转换为直接引用的过程称为静态链接。

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动态链接： 如果被调用的方法在编译期无法被确定下来，只能够在程序运行期将调用方法的符号引用转换为直接引用，由于这种转换过程具备动态性，因此就被称为动态链接。

类似于做菜，需要用到各种配料酱油、味精、盐等，编译的时候只是写的"味精"，相当于符号引用（字节码中看到的ConstantPool都是符号引用），当真正炒菜的时候要去拿真正的味精，变成直接引用。

方法返回地址:

存放调用该方法的pc寄存器的值，方法结束之后要回调调用该方法的位置继续往下执行

面试题：栈中可能出现的异常==
Java 虚拟机规范允许Java栈的大小是动态的或者是固定不变的。
如果采用固定大小的Java虚拟机栈，那每一个线程的Java虚拟机栈容量可以在线程创建的时候独立选定。

如果线程请求分配的栈容量超过Java虚拟机栈允许的最大容量，Java虚拟机将会抛出一个StackoverflowError 异常。
创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈，那Java虚拟机将会抛出一个 OutofMemoryError内存溢出 异常。

运行时数据区，哪些部分存在Error和GC？