JVM学习:虚拟机栈-运行原理及内部结构

运行原理


一、栈存储什么

  1. 每个线程都有自己的栈,栈中的数据都是以栈帧(Stack Frame)的格式存在。
  2. 在这个线程上正在执行的每个方法都各自对应一个栈帧(Stack Frame)。
  3. 栈帧是一个内存区块,是一个数据集,维系着方法执行过程中的各种数据信息
  4. 栈的运行速度仅次于PC寄存器。

二、栈的运行原理

  1. JVM直接对Java栈的操作只有两个,就是对栈帧的压栈和出栈,遵循先进后出(后进先出)原则。
  2. 在一条活动线程中,一个时间点上,只会有一个活动的栈帧。即只有当前正在执行的方法的栈帧(栈顶栈帧)是有效的。
    • 这个栈帧被称为当前栈帧(Current Frame)
    • 与当前栈帧相对应的方法就是当前方法(Current Method)
    • 定义这个方法的类就是当前类(Current Class)
  3. 执行引擎运行的所有字节码指令只针对当前栈帧进行操作。
  4. 如果在该方法中调用了其他方法,对应的新的栈帧会被创建出来,放在栈的顶端,成为新的当前帧。
  5. 不同线程中所包含的栈帧是不允许存在相互引用的,即不可能在一个栈帧之中引用另外一个线程的栈帧。
  6. 如果当前方法调用了其他方法,方法返回之际,当前栈帧会传回此方法的执行结果给前一个栈帧,接着,虚拟机会丢弃当前栈帧,使得前一个栈帧重新成为当前栈帧。
  7. Java方法有两种返回函数的方式,但不管使用哪种方式,都会导致栈帧被弹出
    • 一种是正常的函数返回,使用return指令。(void类型,方法其实是默认存在return;)。
    • 另外一种是抛出异常。


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内部结构


栈包含多个栈帧。
栈帧大小主要由局部变量表和操作数栈决定。

栈帧内部结构

  • 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
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