JVM虚拟机栈的结构分析

目录

• JVM栈之局部变量表：包含参数和局部变量
• JVM栈之操作数栈
• JVM栈之栈上分配(动态链连接)

 

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　　每当启动一个新线程时，Java虚拟机都会为它分配一个Java栈。Java栈以帧为单位保存线程的运行状态。虚拟机只会直接对Java栈执行两种操作：以帧为单位的压栈和出栈。

　　某个线程正在执行的方法被称为该线程的当前方法，当前方法使用的栈帧称为当前帧，当前方法所属的类称为当前类，当前类的常量池称为当前常量池。在线程执行一个方法时，它会跟踪当前类和当前常量池。此外，当虚拟机遇到栈内操作指令时，它对当前帧内数据执行操作。

　　每当线程调用一个Java方法时，虚拟机都会在该线程的Java栈中压入一个新帧。而这个新帧自然就成为了当前帧。在执行这个方法时，它使用这个帧来存储参数、局部变量、中间运算结果等数据。

　　Java方法可以以两种方式完成。一种通过return返回的，称为正常返回；一种是通过抛出异常而异常终止的。不管以哪种方式返回，虚拟机都会将当前帧弹出Java栈然后释放掉，这样上一个方法的帧就成为当前帧了。

　　Java帧上的所有数据都是此线程私有的。任何线程都不能访问另一个线程的栈数据，因此我们不需要考虑多线程情况下栈数据的访问同步问题。当一个线程调用一个方法时，方法的的局部变量保存在调用线程Java栈的帧中。只有一个线程能总是访问那些局部变量，即调用方法的线程。

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JVM栈之局部变量表：包含参数和局部变量

局部变量表存放了基本数据类型、对象引用和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（slot）（下图1到3的原因），其余数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配。每个方法都对应一个栈帧。

public class StackDemo {
</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;">静态方法</span>
<span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">static</span> <span style="color: #0000ff;">int</span> runStatic(<span style="color: #0000ff;">int</span> i, <span style="color: #0000ff;">long</span> l, <span style="color: #0000ff;">float</span> f, Object o, <span style="color: #0000ff;">byte</span><span style="color: #000000;"> b) {
    </span><span style="color: #0000ff;">return</span> 0<span style="color: #000000;">;
}

</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;">实例方法</span>
<span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">int</span> runInstance(<span style="color: #0000ff;">char</span> c, <span style="color: #0000ff;">short</span> s, <span style="color: #0000ff;">boolean</span><span style="color: #000000;"> b) {
    </span><span style="color: #0000ff;">return</span> 0<span style="color: #000000;">;
}

}

其对应的局部变量表如下：

上方表格中，静态方法和实例方法对应的局部变量表基本类似。但有以下区别：实例方法的表中，第一个位置存放的是当前对象的引用。

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JVM栈之操作数栈

Java没有寄存器，所有参数传递都是使用操作数栈。

public static int add(int a,int b){
        int c=0;
        c=a+b;
        return c;
    }

压栈的步骤如下：

　　0:   iconst_0 // 0压栈

　　1:   istore_2 // 弹出int，存放于局部变量2

　　2:   iload_0  // 把局部变量0压栈

　　3:   iload_1 // 局部变量1压栈

　　4:   iadd      //弹出2个变量，求和，结果压栈

　　5:   istore_2 //弹出结果，放于局部变量2

　　6:   iload_2  //局部变量2压栈

　　7:   ireturn   //返回

如果计算100+98的值，那么操作数栈的变化如下图所示：

 

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JVM栈之栈上分配(动态链连接)

小对象（一般几十个bytes），在没有逃逸的情况下，可以直接分配在栈上

直接分配在栈上，可以自动回收，减轻GC压力

大对象或者逃逸对象无法栈上分配