JVM栈帧

栈帧:用于支持虚拟机进行 方法调用 和 方法执行 的数据结构,它是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈的栈元素

栈帧存储了方法的 局部变量表、操作数栈、动态连接、方法返回地址 等信息。

每一个方法从调用开始至执行完成的过程,都对应着一个栈帧在虚拟机栈里面从入栈到出栈的过程

当前栈帧和当前方法:

一个线程中的方法调用链可能会很长,很多方法同时处于执行状态。对于执行引擎来说,在活动线程中,只有位于栈顶的栈帧才是有效的,称为当前栈帧,

与这个栈帧相关联的方法称为当前方法

详解栈帧中的 局部变量表、操作数栈、动态连接、方法返回地址等各部分作用和数据结构

1:局部变量表(Local Variable Table):是一组变量值存储空间,用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。

在java程序编译为Class文件时,就在方法的Code属性的max_locals数据项中确定了该方法所需要分配的局部变量表的最大容量

局部变量表的容量以变量槽(Variable slot,下称slot)为最小单位,一个slot可以存放一个32位以内的数据类型。

java中32位以内的数据类型有boolean、byte、char、short、int、float、reference(表示对一个对象实例的引用,可能是32位也可能是64位)、returnAddress

64位只有long和double,把一次long和double数据类型读写分割为两次32位读写,long和double非原子协定

局部变量表建立在线程的堆栈上,是线程私有的数据,无论读写两个连续的slot是否为原子操作,都不会引起数据安全问题

2:操作数栈(Operand stack):也常称为操作栈,是一个后入先出(Last In First Out, LIFO)栈。

最大深度:最大深度在编译的时候写入到code属性的max_stacks数据项中

操作数栈的每一个元素可以是任意java数据类型,32位数据类型所占栈容量为1,64位为2

3:动态连接(Dynamic Linking)

静态解析:符号引用一部分在类加载阶段或者第一次使用时就转化为直接引用,这中转化成为静态解析;

另一部分将在每一次运行期间转化为直接引用,这部分称为动态连接。

每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用,持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接

4:方法返回地址

当一个方法开始执行后,只有两种方式可以退出这个方法:正常完成出口、异常完成出口

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,这时候可能会有返回值传递给上层的方法调用者,这中退出方式为正常完成出口

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,就会使方法退出,该出口方式退出,是不会给它的上层调用者产生任何返回值的

5:栈帧信息:在开发过程中,一般会把动态连接、方法返回地址与其他附加信息全部归为一类,称为栈帧信息

java语言中,javac编译期完成了程序代码经过词法分析、语法分析到抽象语法树,再遍历语法树生成线性的字节码指令流的过程,因为这部分动作是在java虚拟机之外进行的,而解释器在虚拟机的内部,所以java程序的编译就是半独立的实现

java编译器输出的指令流,是一种基于栈的指令集架构(Instruction Set Architecture, ISA),

优点就是可移植,寄存器由硬件直接提供,程序直接依赖这些硬件寄存器则不可避免地收到硬件的约束

缺点就是执行速度相对会稍慢一些(相对于寄存器架构),内存始终是执行速度的瓶颈,由于指令数量和内存访问的原因,所以导致了栈架构指令集的执行速度会相对较慢

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