JVM之本地栈

本文介绍了Java虚拟机中的本地方法栈,解释了它如何与Java虚拟机栈协同工作以支持本地方法调用。本地方法栈允许Java程序调用非Java语言实现的方法,并详细说明了其工作机制。

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本地方法栈(Native Method Stacks)和Java虚拟机栈的功能很相似,Java虚拟机栈用于管理Java函数的调用,而本地方法栈用于管理本地方法的调用。本地方法并不是用Java实现的,而是使用C实现的。当某个线程调用一个本地方法时,它就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界,本地方法可以通过本地方法接口来访问虚拟机运行时的数据区,但不止于此,它还可以做任何它想做的事情。比如,它甚至可以直接使用本地处理器中的寄存器,或者直接从本地内存的堆中分配任意数量的内存。总之,它和虚拟机拥有同样的权限(或者说能力)。


本地方法本质上是依赖于实现的,虚拟机实现的设计者可以自由地决定使用怎样的机制来让Java程序调用本地方法,任何本地方法接口都会使用某种本地方法栈。当线程调用Java方法时,虚拟机会创建一个新的栈帧并压入Java栈,然而当它调用的是本地方法时,虚拟机会保持Java栈不变,不再在线程的Java栈中压入新的帧,虚拟机只是简单地动态连接并直接调用指定的本地方法。我们可以把这个做法看做是虚拟机利用本地方法来动态扩展自己,就如同Java虚拟机的实现是按照其中运行的Java程序的顺序,调用属于虚拟机内部的另一个(动态连接的)方法。我们知道,当C语言编写的程序调用一个C函数时,其栈操作都是确定的,首先传递给该函数的参数以某个确定的顺序被压入栈,然后它的返回值也以确定的方式被传回给调用者。同样,这就是虚拟机实现本地方法栈的方式,很可能本地方法接口需要回调Java虚拟机中的Java方法(这也是由设计者决定的),在这种情形下,该线程会保存本地方法栈的状态并进入到另一个Java栈。就像其他运行时内存区一样,本地方法栈占用的内存区也不需要是固定大小的,它可以根据需要动态扩展或者收缩,某些JVM也允许用户或者程序员指定该内存区的初始大小以及最大、最小值。


注意,在SUN的HOT SPOT虚拟机中,不区分本地方法栈和虚拟机栈。因此,和虚拟机栈一样,它也会抛出StackOverFlowError和OutOfMemoryError。

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### JVM本地方法的作用和工作原理 #### 1. 本地方法的定义与作用 JVM中的本地方法(Native Method Stack)是一个专门用于管理本地方法调用的数据结构。它主要用于存储由Java代码调用的本地方法的相关信息,例如参数、返回值以及局部变量等[^2]。 当一个Java程序通过`native`关键字调用了某个本地方法时,JVM会在本地方法中创建一个新的帧(Frame),用来保存该方法执行期间所需的信息。 本地方法的主要作用可以概括如下: - **支持跨语言调用**:允许Java代码调用其他编程语言编写的函数或库文件,从而扩展了Java的功能范围。 - **提供底层资源访问能力**:对于需要直接操作硬件设备或者操作系统特性的场景,可以通过本地方法间接完成此类任务。 - **提升性能**:某些计算密集型的操作可能更适合用C/C++实现,在这种情况下利用本地方法能够显著改善应用的整体表现[^4]。 #### 2. 工作原理详解 以下是关于如何运作的一个更深入探讨: ##### (a) 调度过程 每当遇到带有`native`修饰符的方法被触发时,控制权就会转移到相应的原生实现部分上去;此时,当前线程上的虚拟机会暂停其常规处理流程,并切换至对应的本机环境之中继续往下走直到结束为止再回来恢复原来的状态[^1]。 具体来说就是——一旦进入到了任何一个标记有此属性的过程内部之后,则意味着即将离开纯JAVA领域而进入到另一个完全不同的世界里去了(即所谓的“宿主机”) ,在那里按照预先设定好的规则去做一些事情然后再回到起点处等待进一步指示... ##### (b) 数据传递机制 在实际开发过程中,经常可以看到这样的情况发生:我们需要把来自高层级抽象层面上的对象实例或者其他形式的数据传送给低级别的组件去加以运用 。那么这里就涉及到一个问题 —— 如何安全有效地跨越边界呢?这就需要用到JNI技术啦! 简单来讲就是借助于特定格式编码后的句柄作为中介桥梁连接起来两端之间相互沟通交流所需的全部要素 :一方面可以把复杂类型的实体转换成简单的原始数值类型以便传输过去供那边解析重构出来使用;另一方面也能够让对方产生的结果反馈给我们这边重新组装还原回去形成最终想要得到的东西[^4]. ```c JNIEXPORT void JNICALL Java_NativeDemo_printSystemInfo(JNIEnv *env, jobject obj){ printf("This is a native function.\n"); } ``` 上面展示了一个典型的例子展示了如何去编写一段最基础版本的小插件模块来响应外部请求调用自己所提供的服务功能. #### 3. 特殊注意点 尽管存在诸多优点但是同时也伴随着一定风险需要注意防范规避潜在隐患比如内存泄漏等问题可能会由于不当管理造成难以预料后果所以建议开发者们谨慎对待合理规划布局整个项目架构体系确保稳定可靠高效运行[^3]。 --- ###
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