十五：运行时栈帧结构

栈帧( Stack frame)

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(Virtual Machine Stack)s的栈元素。栈帧存储了方法的局部变量表、操作数栈、动态连接和方法返回地址等信息。每一个方法从调用开始至执行完成的过程，都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。

只有位于栈顶的栈帧才是有效的，称为当前栈帧(Current Stack Frame)，与这个栈帧相关联的方法称为当前方法(Current Method)。

 

局部变量表

定义：

局部变量表(Local Variable Table)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，就在方法的Code属性的max locals数据项中确定了该方法所需要分配的局部变量表的最大容量。

局部变量表的容量以变量槽(Variable Slot，下称Slot)为最小单位，一个Slot可以容纳存放一个32位以内的数据类型。Java中占用32位以内的数据类型有boolean、bye、char、short、int、foat、reference和return Address8种类型

对于64位数据类型，虚拟机会以高位对齐的方式为其分配两个连续的Slot空间

(reference类型则可能是32位也可能是64位)64位的数据类型只有long和double两种。值得一提的是，这里把long和double数据类型分割存储的做法与“long和double的非原子性协定”中把一次long和double数据类型读写分割为两次32位读写的做法有些类似，但是由于局部变量表建立在线程的堆栈上，是线程私有的数据，无论读写两个连续的Sot是否为原子操作，都不会引起数据安全问题。虚拟机在读取64位数据的两个Slot时，不会单独读取其中一个，否则会抛出异常。

附：

reference应该实现的功能：一是从此引用中直接或间接地查找到对象在Java堆中的数据存放的起始地址索引，二是此引用中直接或间接地查找到对象所属数据类型在方法区中的存储的类型信息，否则无法实现Java语言规范中定义的语法约束约束。

return Address类型目前非常少见了，是以前用来实现异常处理的，现在已经由异常表来代替了。

 

局部变量和类变量不一样的是：如果一个局部变量定义了但没有赋初始值是不能使用的，不要认为Java中任何情况下都存在诸如整型变量默认为0，布尔型变量默认为false等这样的默认值。

 

操作数栈

在概念模型中，两个栈帧作为虚拟机栈的元素，是完全相互独立的。但在大多虚拟机的实现里都会做一些优化处理，令两个栈帧出现一部分重叠

 

动态连接

 

方法返回地址

方法正常退出时，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

而方法异常退出时，返回地址是要通过异常处理器表来确定的，栈帧中一般不会保存这部分信息

方法退出的过程实际上就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)压入调用者栈帧的操作数栈中，调整PC计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令等

这也是为什么递归耗时的原因所在