JVM复习之虚拟机栈之栈帧之局部变量表、操作数栈

虚拟机栈

出现背景

由于跨平台的设计，Java指令都是根据栈来设计，不同CPU架构不同，所以不能设计为基于寄存器的。

• 优点：指令集小，编译器容易实现
• 缺点：性能下降，实现同样操作需要更多指令。

为什么Java开发人员一提到Java内存结构，就会将内存区理解为堆和栈？

栈是运行的单位。堆是存储的单位

Java虚拟机栈是什么？

Java Virtual Machine Stack，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针，对应着一次一次的方法调用。

生命周期

和线程生命周期一起。

作用

• 管理程序运行，保存方法的局部变量(基本数据类型和对应引用地址)、部分结果、并参与方法的调用和返回。

栈的特点

• 快速分配存储的方式，速度仅次于程序计数器。
• 每个方法执行都伴随进栈和出栈。
• 不存在垃圾回收问题。

设置栈内存大小

我们知道，在递归执行时，如果没有正确指明返回条件，会抛出StackOverflowError异常。
另外一种情况就是分配的大小超出了栈的空间。

可以通过-Xss来设置线程最大的栈空间。这个值决定了函数调用的最大可达深度。

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栈的存储单位

栈中存储什么？

每个线程都有自己的栈，栈中的数据都是以**栈帧(Stack Frame)**格式存在。

• 栈帧是一块内存，一个数据集。维系方法执行过程中的各种数据信息。

• JVM对栈的操作只有压栈和出栈，遵循先进后出。

• 线程的一个时间点上，只有一个活动栈帧，这个栈针叫做当前栈帧，对应的方法叫当前方法，对应的类叫当前类。

栈运行图解

解释

• 不同线程中包含的栈帧不允许相互引用。
• 每个栈帧对应的方法结束返回之际，JVM会丢弃该栈帧，使前一个栈针重新成为当前栈帧。
• 方法有两种返回形式：一是return指令正常返回；二是抛出异常。

栈的内部结构

局部变量表

• 定义数字数组，存储方法参数和定义在方法体内的局部变量。包括基本数据类型、对象引用，以及returnAddress类型。
• 局部变量表建立在线程的栈上，所以不存在数据安全问题。
• 其容量大小在编译期确定下来。

局部变量表中Slot的理解

1. slot是其基本存储单位。
2. 32位内的类型栈一个slot(如int，不是int的会转换成int)，64位类型占两个slot(如double和long)

我们知道静态方法不能使用this，为什么？

因为this这个变量不存在于当前这个静态方法的局部变量表。换句话说，静态方法局部变量表中没有this，非静态方法中存在this。

操作数栈

每个栈针除了局部变量表外，还包含一个先进后出的操作数栈。也叫表达式栈。

• 操作数栈，在方法执行中，根据字节码指令，往栈中写入数据或提取数据，即入栈/出栈。
• 如果调用的方法带有返回值，其返回值将会被压入当前栈针操作数栈中，随即更新PC寄存器中下一条需要执行的字节码指令。
• 用于保存计算过程中的中间结果，同时作为计算过程中的临时的存储空间。