JVM学习笔记——栈区

栈区 Stack Area

　　栈是运行时的单位，堆是存储单位，栈解决程序的运行问题，即程序如何执行，如何处理数据。

　　每个线程在创建时都创建一个该线程私有的虚拟机栈，每个栈里有许多栈帧，一个栈帧对应一个 Java 方法。

 

栈的特点：

• 每个栈与它所对应的线程生命周期保持一致

• 栈主管 Java 程序运行，保存方法的局部变量，部分结果，参与方法的调用与返回

• JVM 对栈的操作只有两种，方法执行入栈和执行结束出栈

• 栈的访问快速有效，访问速度仅次于程序计数器

• 对栈来说不存在垃圾回收问题

 

栈帧

　　栈区中的一个栈对应一个线程，栈中的一个栈帧对应一个方法，在栈帧中封装了方法执行的局部变量表、操作数栈、返回地址、动态链接以及一些附加信息，如对程序调优调试信息等。

　　在活动的线程中，只有当前正在执行的方法才是有效的，因此该方法对应的栈顶栈帧称为当前栈帧，该方法称为当前方法，定义该方法的类为当前类。

　　执行引擎所有的字节码指令只针对当前栈帧进行操作。

　　如图所示，正在执行的线程所对应的当前线程中，栈帧1 对应的 方法1 调用了 栈帧2 对应的 方法2，方法2 又调用了 方法3，因此当前栈帧入栈。每个栈帧都存有所对应方法的各种信息。当正在执行的 方法3 执行完毕后，当前栈帧把执行结果返回给 栈帧2，当前栈帧出栈，栈帧2 变为当前栈帧，当 栈帧1 也出栈时，该线程执行完毕，执行其他线程。

 

局部变量表

　　局部变量表也称为局部变量数组或本地变量表。

　　局部变量表本质上是一个数字数组，主要用于存储方法参数和定义在方法内的局部变量。

• 局部变量表建立在线程私有的栈中，是线程私有数据，不存在安全问题

• 局部变量表所需的容量大小，在编译器就确定下来，在方法运行期不会改变其大小

• 方法嵌套调用的次数由栈的大小决定

• 局部变量表的变量只在当前方法调用中有效，方法调用结束后，方法栈帧销毁，局部变量表随之销毁

 

操作数栈

　　操作数栈也成为了表达式栈。

　　操作数栈主要用于保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的储存空间。

• 栈中的任何一个元素可以是任意的 Java 数据类型

• 操作数栈只能通过标准的入栈出栈操作来完成数据访问，不支持索引

• 如果被调用方法带有返回值，返回值会被压入当前栈帧的操作数栈中，并更新程序计数器的下一条指令

 

动态链接

　　每个栈帧内部包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，这个引用的目的就是为了支持当前方法的代码实现动态链接。

　　动态链接的作用就是为了将符号引用转换为方法的直接引用，当一个方法调用其他方法时，就通过常量池中指向方法的符号引用完成。

 

方法返回地址

　　当一个方法被执行后，有两种方式退出这个方法。

　　正常完成出口：执行引擎遇到任意一个方法返回的字节码指令，产生返回值传递给上层的方法调用者。

　　异常完成出口：在方法执行过程中遇到了异常，并且这个异常没有在方法体内得到处理，只要在本方法的异常表中没有搜索到匹配的异常处理器，就会导致方法退出。异常完成出口的方式退出，不会给它的调用者产生任何返回值。

　　无论采用何种方式退出，在方法退出之前，都需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续执行，方法返回时可能需要在栈帧中保存一些信息，用来帮助恢复它的上层方法的执行状态。