JVM虚拟机栈结构和功能

Java虚拟机栈

JVM虚拟机栈是线程私有的，每个线程都具有一个虚拟机栈，其内部保存一个个栈帧，对应着每个方法的调用。生命周期和线程生命周期相同。

虚拟机栈作用

主管java程序的运行，进入的栈帧存储着局部变量表，操作数栈，动态连接，方法返回值等。

栈帧：

栈帧是虚拟机栈的基本单位，栈帧的调入对应着方法的调用，栈帧的弹出对应着方法的结束返回，其中，由于只有弹栈和入栈的操作，java虚拟机栈没有GC机制，但在栈空间不够时会出现StackOflowError错误，java虚拟机允许栈的大小是动态或者固定不变的（可通过-Xss命令实现栈的扩展），尽管可以通过命令调整栈大小，但不能无限制扩展，当栈无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError错误。

运行时栈帧结构

栈帧包括局部变量表，操作数栈，动态连接，方法返回地址和一些附加信息。其中局部变量表和操作数栈最为重要。

局部变量表

局部变量表定义为一个数字数组，用于存储方法参数和定义在方法体内的局部变量，这些数据类型包括基本数据类型，引用数据类型，及returnnAddress类型。

由于局部变量表建立在线程的栈上，因此不存在数据安全问题。

局部变量表所需容量大小在编译器确定下来，并保存在方法的Code属性的max local variables数据项中，方法运行期间不会改变局部变量表大小。

局部变量表中的变量只在当前方法中有效，方法调用结束后，随着方法栈帧的弹出，局部变量表随之销毁。

槽（slot）

1. 变量槽是局部变量表中的最小单位。槽没有明确的内存空间大小， char，byte，int，short，float，引用类型和returnAddress占1个槽，而double和long类型占2个槽。
2. JVM会为每个槽都分配一个访问索引，通过这个索引便可以访问到局部变量表中指定的局部变量。
3. 当一个方法被调用时，方法的参数和方法体内的局部变量将会按顺序复制到局部变量表的slot上
4. 如果访问占2个槽的局部变量，只需使用第一个槽的索引
5. 如果当前栈是由构造方法或者实例方法创建的，那么该对象引用this将放在index为0的slot处，其余参数继续列。
6. 局部变量表中的变量是垃圾回收根节点，只要被局部变量表中直接或间接引用的对象不会被回收。
   

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。操作数栈是JVM执行引擎的一个工作区，当一个方法开始执行时，一个新的栈帧也会被创建。

每个操作数栈都有个明确的深度用于存储，深度在编译期间就确定好了，保存在方法的Code属性中，为max_stack的值。

操作数栈中，32bit的占1一个栈，64bit的占2个栈。

 public static void add(java.lang.String, int, int, java.util.List);
Code:
   0: iload_1
   1: ifne          20
   4: iload_2
   5: ifne          20
   8: aload_3
   9: aload_0
  10: invokevirtual #13                 // Method java/lang/String.toString:()Ljava/lang/String;
  13: invokeinterface #14,  2           // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z

动态链接

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。引用的目的是为了实现动态链接。

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，保存在class文件的常量池里。

方法返回地址

方法执行后，有2种方法退出：

1.正常执行并返回
2.方法产生异常，异常并未处理

无论哪种方法退出，在方法退出后都返回该方法的被调用的位置，方法正常退出时，调用方法的PC计数器的值作为返回地址，通过异常退出的，返回地址要通过异常表来确定，栈帧中一般不会保存这部分信息，并不会给上层调用者产生任何返回值。

以上时鉴于阅读《深入理解JAVA虚拟机》的第8章时的理解，本文章只为了记录自己的学习心得，有不对的地方欢迎留言指出。