JVM学习：虚拟机栈-局部变量表

认识局部变量表

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1. 局部变量表：Local Variables，被称之为局部变量数组或本地变量表。
2. 定义为一个数字数组，主要用于存储方法参数和定义在方法体内的局部变量，这些数据类型包括各类基本数据类型、对象引用（reference），以及returnAddress类型。
   • 八大基本数据类型都可以转换为数字。
3. 由于局部变量表是建立在线程的栈上（栈帧内），是线程的私有数据，因此不存在数据安全问题。
4. 局部变量表所需的容量大小是在编译期确定下来的，并保存在方法的Code属性的maximum local variables数据项中。在方法运行期间是不会改变局部变量表的大小的。
5. 方法嵌套调用的次数由栈的大小决定。一般来说，方法嵌套调用次数越多，栈越大。
   • 对一个函数而言，它的参数和局部变量越多，使得局部变量表膨胀，它的栈帧就越大，以满足方法调用所需传递的信息增大的需求。
   • 进而函数调用就会占用更多的栈空间，导致其嵌套调用次数就会减少。
6. 局部变量表中的变量只在当前方法调用中有效。
   • 在方法执行时，虚拟机通过使用局部变量表完成参数值到参数变量列表的传递过程。
   • 当方法调用结束后，随着方法栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁。

总结

• 栈是由多个栈帧（方法）组成。
• 若固定栈的大小，则最上层栈帧超出限制后会抛出StackoverflowError异常。
• 觉得栈帧大小最主要部分是局部变量表。
• 局部变量表大小编译时就已确认，比如方法内定义十个对象，大小为10，而不是十个对象的内存大小。（相对来讲10）

问题：局部变量表大小编译时确定，为什么编译时不能确定是否会栈溢出呢？

• 方法调用伴随着出栈入栈，编译期不会确定栈内存在多少栈帧。
• 只是确认了栈帧内的局部变量表大小。不是整个栈内容都确定。

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关于 Slot (变量槽)的理解

1. 参数值的存放总是从局部变量数组索引 0 的位置开始，到数组长度-1的索引结束。
2. 局部变量表，最基本的存储单元是Slot（变量槽），局部变量表中存放编译期可知的各种基本数据类型（8种），引用类型（reference），returnAddress类型的变量。
3. 在局部变量表里，32位以内的类型只占用一个slot（包括returnAddress类型），64位的类型占用两个slot（long和double）。
4. JVM会为局部变量表中的每一个Slot都分配一个访问索引，通过这个索引即可成功访问到局部变量表中指定的局部变量值。
5. 当一个实例方法被调用的时候，它的方法参数和方法体内部定义的局部变量将会按照顺序被复制到局部变量表中的每一个slot上。
6. 如果需要访问局部变量表中一个64bit的局部变量值时，只需要使用前一个索引即可。（比如：访问long或double类型变量）
7. 如果当前帧是由构造方法或者实例方法创建的，那么该对象引用this将会存放在index为0的slot处，其余的参数按照参数表顺序继续排列。

总结

• long和double占两个槽，其他占一个。
• 如果访问的是非实例方法（即类的方法）那么第0位表示的就是this。static方法无this。
• 分配顺序：this变量->方法中的其他形参->方法内部定义的局部变量。

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代码实操

image.png

[图片上传中...(image.png-317529-1606998517442-0)]

• Start与Length组成变量作用域。
• Slot为局部变量所占槽位，若图中num替换为double或long类型，则num的下一个槽位将从4开始。

非static方法存在this局部变量,static方法则不存在

image.png

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Solt的重复利用

栈帧中的局部变量表中的槽位是可以重用的，如果一个局部变量过了其作用域，那么在其作用域之后申明新的局部变量变就很有可能会复用过期局部变量的槽位，从而达到节省资源的目的。

public void test4() {
    int a = 0;
    { int b = 0;   b = a + 1;
    }
    //变量c使用之前已经销毁的变量b占据的slot的位置
    int c = a + 1;
}

局部变量 c 重用了局部变量 b 的 slot 位置

image.png

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补充说明

1. 类变量表有两次初始化的机会，第一次是在链接中的“准备阶段”，执行系统初始化，对类变量设置零值（final修饰的static不会），另一次则是在“初始化”阶段，赋予程序员在代码中定义的初始值。
2. 和类变量初始化不同的是，局部变量表不存在系统初始化的过程，这意味着一旦定义了局部变量则必须人为的初始化，否则无法使用（编译不会通过）。
3. 在栈帧中，与性能调优关系最为密切的部分就是局部变量表。在方法执行时，虚拟机使用局部变量表完成方法的传递。
4. 局部变量表中的变量也是重要的垃圾回收根节点，只要被局部变量表中直接或间接引用的对象都不会被回收。

个人补充：

学到此处，一直迷惑与不同类间方法调用流程，出入栈的顺序，具体谁来掌控，想了一天，有些思路，以下仅代表个人粗略观点，谨慎借鉴。

1. 设想目前有两个类，One类里面包含一个mian方法，Two类里面包含一个Add求和方法。main方法需要传参调用Add方法。
2. 单个文件编译，先One则报错，因为需要调用的Add方法的类未进行编译。一般都是直接编译整个项目，所以不会出现这个问题。
   • Error:(16, 9) java: 找不到符号 符号: 类 JvmBeginTest 位置: 类 fangk.jvm.CshTest
3. 两文件编译完成之后，每个类的字节码文件中，方法（栈帧）的局部变量表大小确定（根据参数和内部定义变量），只是大小不是内容。
   • 同样确认的还有操作数栈深度、字节码长度（指令集）。
4. 确认的只是些代码编译能确认的。
5. 运行main方法，相当于启动一个线程，PC寄存器先记录main方法的第一步，假设共10步，在第五步时调用Add方法。
6. 前五步执行时在第一个栈帧内，栈帧内的局部变量表或其他会等待调用的Add栈帧执行完，继续执行第六步。
7. PC寄存器来记录下一步的指令，调用方法时，会把被调用的方法入到栈顶，执行完出栈。继续执行调用方法的栈帧。
8. 说的不明白，理解的不太透彻，改天专门写个博客记录。