什么是栈帧

每个线程都有本人的栈，栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格局存在。

办法和栈桢之间存在怎么的关系？

在这个线程上正在执行的每个办法都各自对应一个栈帧（Stack Frame）。
栈帧是一个内存区块，是一个数据集，维系着办法执行过程中的各种数据信息。

栈帧的先进后厨FILO原理

JVM间接对Java栈的操作只有两个：
每个办法执行，随同着进栈(入栈、压栈)

执行完结后的出栈工作
遵循“先进后出”/“后进先出”准则

栈帧的内部结构

局部变量表（local variables)

局部变量表（local variables)

  • 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，次要用于存储办法参数和定义在办法体内的局部变量，这些数据类型包含各类根本数据类型(8种)、对象援用（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，并保留在办法的Code属性的maximum local variables数据项中。在办法运行期间是不会扭转局部变量表的大小的。
  • 办法嵌套调用的次数由栈的大小决定。一般来说，栈越大，办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，使得局部变量表收缩，它的栈帧就越大，以满足办法调用所需传递的信息增大的需要。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缩小。
  • 局部变量表中的变量只在以后办法调用中无效。在办法执行时，虚拟机通过应用局部变量表实现参数值到参数变量列表的传递过程。当办法调用完结后，随着办法栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁。

局部变量表中的slot

  • 参数值的寄存总是在局部变量数组的index为0开始，到数组长度-1的索引完结。
  • 局部变量表，最根本的存储单元是Slot（变量槽）
  • 在局部变量表里，32位以内的类型只占用一个slot（包含returnAddress类型），64位的类型（long和double)占用两个slot。
    byte 、short 、char 在存储前被转换为int，boolean 也被转换为int，0 示意false ，非0 示意true。
  • long 和double 则占据两个Slot。
  • JVM会为局部变量表中的每一个Slot都调配一个拜访索引，通过这个索引即可胜利拜访到局部变量表中指定的局部变量值
  • 当一个实例办法被调用的时候，它的办法参数和办法体外部定义的局部变量将会依照程序被复制到局部变量表中的每一个Slot上
  • 如果须要拜访局部变量表中一个64bit的局部变量值时，只须要应用前一个索引即可。(比方：拜访long或double类型变量）

  • 如果以后帧是由构造方法或者实例办法创立的，那么该对象援用this将会寄存在index为0的slot处，其余的参数依照参数表程序持续排列。

    槽位是能够复用嘛?

    栈帧中的局部变量表中的槽位是能够重用的，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的新的局部变量就很有可能会复用过期局部变量的槽位，从而达到节俭资源的目标。

  public class SlotTest {    public void localVarl() {        int a = 0;        System.out.println(a);        int b = 0;    }    public void localVar2() {        {            int a = 0;            System.out.println(a);        }        //此时的b就会复用a的槽位        int b = 0;    }

动态变量与局部变量的比照

  • 参数表调配结束之后，再依据办法体内定义的变量的程序和作用域调配。
  • 咱们晓得类变量表有两次初始化的机会，第一次是在“筹备阶段”，执行零碎初始化，对类变量设置零值，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。
  • 和类变量初始化不同的是，局部变量表不存在零碎初始化的过程，这意味着一旦定义了局部变量则必须人为的初始化，否则无奈应用。
  public void test() {     int i;     System.out.println(i);  }

这样的代码是谬误的，没有赋值不可能应用。

操作数栈

概念

  • 咱们说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蕴含局部变量表以外，还蕴含一个后进先出（Last-In-First-Out）的操作数栈，也能够称之为表达式栈（Expression Stack）。
  • 操作数栈就是JVM执行引擎的一个工作区，当一个办法刚开始执行的时候，一个新的栈帧也会随之被创立进去，这个办法的操作数栈是空的。
  • 每一个操作数栈都会领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，保留在办法的Code属性中，为max_stack的值。
  • 栈中的任何一个元素都是能够任意的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，在办法执行过程中，依据字节码指令，并非采纳拜访索引的形式来进行数据拜访的，而是只能通过规范的入栈（push）和出栈（pop）操作，往栈中写入数据或提取数据来实现一次数据拜访。
  • 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。应用它们后再把后果压入栈。比方：执行复制、替换、求和等操作
  • 如果被调用的办法带有返回值的话，其返回值将会被压入以后栈帧的操作数栈中，并更新PC寄存器中下一条须要执行的字节码指令。

代码及字节码演示

public void testAddOperation(){    byte i = 15;    int j = 8;    int k = i + j;}

字节码如下







栈顶缓存技术

  • 后面提过，基于栈式架构的虚拟机所应用的零地址指令更加紧凑，但实现一项操作的时候必然须要应用更多的入栈和出栈指令，这同时也就意味着将须要更多的指令分派（instruction dispatch）次数和内存读/写次数。
  • 因为操作数是存储在内存中的，因而频繁地执行内存读/写操作必然会影响执行速度。为了解决这个问题，HotSpot JVM的设计者们提出了栈顶缓存（ToS，Top-of-Stack Cashing）技术，将栈顶元素全副缓存在物理CPU的寄存器中，以此升高对内存的读/写次数，晋升执行引擎的执行效率。

动静链接（或指向运行时常量池的办法援用）

  • 每一个栈帧外部都蕴含一个指向运行时常量池中该栈帧所属办法的援用。蕴含这个援用的目标就是为了反对以后办法的代码可能实现动静链接（Dynamic Linking）。比方：invokedynamic指令
  • 在Java源文件被编译到字节码文件中时，所有的变量和办法援用都作为符号援用（Symbolic Reference）保留在class文件的常量池里。比方：形容一个办法调用了另外的其余办法时，就是通过常量池中指向办法的符号援用来示意的，那么动静链接的作用就是为了将这些符号援用转换为调用办法的间接援用。
public void testGetSum(){        int i = getSum();    int j = 10;}

为什么须要常量池?

常量池的作用，就是为了提供一些符号和常量，便于指令的辨认。

办法返回地址

  • 寄存调用该办法的pc寄存器的值。
  • 一个办法的完结，有两种形式：
    失常执行实现
    呈现未解决的异样，非正常退出
  • 无论通过哪种形式退出，在办法退出后都返回到该办法被调用的地位。办法失常退出时，调用者的pc计数器的值作为返回地址，即调用该办法的指令的下一条指令的地址。而通过异样退出的，返回地址是要通过异样表来确定，栈帧中个别不会保留这部分信息。
栈帧中还容许携带与Java虚拟机实现相干的一些附加信息。例如，对程序调试提供反对的信息。

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