JVM运行时内存:虚拟机栈-3. 栈针内部结构

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每个栈帧中存储着:
● 局部变量表(Local Variables)
● 操作数栈(Operand Stack)(或表达式栈)
● 动态链接(Dynamic Linking) (或指向运行时常量池的方法引用)
● 方法返回地址(Return Address)(或方法正常退出或者异常退出的定义)
● 一些附加信息

3.1 局部变量表

● 局部变量表也被称之为局部变量数组或本地变量表
● 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(8种)、对象引用(reference),以及returnAddress类型。
● 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。
● 方法嵌套调用的次数由栈的大小决定。一般来说,栈越大,方法嵌套调用次数越多。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。
● 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。

3.2 操作数栈

● 我们说Java虚拟机的解释引擎是基于栈的执行引擎,其中的栈指的就是操作数栈。
● 每一个独立的栈帧中除了包含局部变量表以外,还包含一个后进先出(Last-In-First-Out)的操作数栈,也可以称之为表达式栈(Expression Stack)。
● 操作数栈就是JVM执行引擎的一个工作区,当一个方法刚开始执行的时候,一个新的栈帧也会随之被创建出来,这个方法的操作数栈是空的。
● 每一个操作数栈都会拥有一个明确的栈深度用于存储数值,其所需的最大深度在编译期就定义好了,保存在方法的Code属性中,为max_stack的值。
● 栈中的任何一个元素都是可以任意的Java数据类型。
○ 32bit的类型占用一个栈单位深度
○ 64bit的类型占用两个栈单位深度
操作数栈,在方法执行过程中,根据字节码指令,并非采用访问索引的方式来进行数据访问的,而是只能通过标准的入栈(push)和出栈(pop)操作,往栈中写入数据或提取数据来完成一次数据访问。
○ 某些字节码指令将值压入操作数栈,其余的字节码指令将操作数取出栈。使用它们后再把结果压入栈。比如:执行复制、交换、求和等操作
如果被调用的方法带有返回值的话,其返回值将会被压入当前栈帧的操作数栈中,并更新PC寄存器中下一条需要执行的字节码指令。

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3.3 动态链接

每一个栈帧内部都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用。包含这个引用的目的就是为了支持当前方法的代码能够实现动态链接(Dynamic Linking)。比如:invokedynamic指令

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(Symbolic Reference)保存在class文件的常量池里。比如:描述一个方法调用了另外的其他方法时,就是通过常量池中指向方法的符号引用来表示的,那么动态链接的作用就是为了将这些符号引用转换为调用方法的直接引用。

3.4 方法返回地址

● 存放调用该方法的pc寄存器的值。
● 一个方法的结束,有两种方式:
○ 正常执行完成
○ 出现未处理的异常,非正常退出
● 无论通过哪种方式退出,在方法退出后都返回到该方法被调用的位置。方法正常退出时,调用者的pc计数器的值作为返回地址,即调用该方法的指令的下一条指令的地址。而通过异常退出的,返回地址是要通过异常表来确定,栈帧中一般不会保存这部分信息。

3.5 一些附加信息

栈帧中还允许携带与Java虚拟机实现相关的一些附加信息。例如,对程序调试提供支持的信息。


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