[TOC]

4 运行原理

4.1 栈与栈帧

Java Virtual Machine Stacks （Java 虚拟机栈）
我们都知道 JVM 中由堆、栈、方法区所组成，其中栈内存是给谁用的呢？其实就是线程，每个线程启动后，虚拟机就会为其分配一块栈内存。

1. 每个栈由多个栈帧（Frame）组成，对应着每次方法调用时所占用的内存
2. 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法

image-20210126225409535

比如说，这里就有多个方法调用时的栈帧，每一个栈帧的右边都有其自己对应的变量和属性。如果一个方法执行完了，那么这个栈帧的内存就会被回收，这个是不需要我们自己手动操作的。

PS：我们调试的时候有一个小技巧，就是drop to frame，对应图片中的图标，他的意思是，当你点击这个图标，他会放弃当前栈帧，并且返回上一个调用方法。

image-20210126225902191

image-20210126225840852

4.2 图解运行栈帧

java代码

public class FrameTest {
    public static void main(String[] args) {
        method1(10);
    }

    private static void method1(int x) {
        int y = x + 1;
        Object m = method2();
        System.out.println(m);
    }

    private static Object method2() {
        Object n = new Object();
        return n;
    }
}   

1. 首先一开始程序会程序栈、方法区和堆，方法区存储的就是方法的内容，main程序运行的时候会有String数组，然后传到main的局部变量表里面

image-20210126232953253

2. main方法执行第一行method1(10)代码，这个代码指令会放到程序计数器里面（程序计数器记录的就是当前线程需要执行的指令，如果CPU要执行这个线程，其实就是从程序计数器里面拿执行的指令）

image-20210126233402654

3. 当执行到了method1就会在程序栈里面开辟一个新的程序栈帧

   image-20210126233900325

4. 当执行到Object m = method2()，这时又会开一个新的程序栈帧

   image-20210126234358464

5. 当执行完了Object n =new Object()，method2返回时，method2的栈帧会被释放了，同时method2栈帧里面的返回地址回到上一个方法，同时把m指向开辟的Object的堆内存。

   image-20210126234635765

6. 当执行完method1和main方法也是类似。

4.3 多线程栈和栈帧

package com.bruce.test;

public class FrameTest {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread("t1") {
            @Override
            public void run() {
                method2();
            }
        };
        t1.start();
        method1(30);
    }

    private static void method1(int x) {
        int y = x + 1;
        Object m = method2();
        System.out.println(m);
    }

    private static Object method2() {
        Object n = new Object();
        return n;
    }
}

我们直接看这个的运行情况，就可以看到有两个线程是已经停止了

image-20210128223710073

可见，栈帧是以线程为单位，两者相互独立，里面的变量是相互独立的。

4.4 上下文切换

因为以下一些原因导致CPU不在执行当前的线程，转而执行另一个线程的代码：

• 线程的CPU时间片用完
• 垃圾回收
• 有更高优先级的线程需要运行
• 线程自己调用了sleep,yield,wait,join,park,synchronized,lock等方法

当Context Switch发生时，需要由操作系统保存当前线程的状态，并恢复另一个线程的状态，Java中对应的概念就是程序计数器(Program counter Register)，它的作用就是记住下一条jvm指令的执行地址，是线程私有的

• 状态包括程序计数器、虚拟机栈中的每个栈帧的信息，如局部变量、操作数栈、返回地址等
• Context Switch频繁发生会影响性能

4.4.1 图解上下文切换

image-20210128230204016

1. 比如说由main线程切换到t1线程的时候，main线程里面的状态信息都会保存起来
2. CPU会执行t1线程里面的程序计数器里面的指令。

5 线程的常用方法

二段终止模式

流程图

image-20210125224038357