Android 虚拟机栈 虚拟机栈存什么

文章目录

• 1.虚拟机栈概述

• 1.1 内存中的栈与堆
• 1.2 虚拟机栈的基本内容

• 2.栈的存储结构和运行原理
• 3.局部变量表
• 4. 操作数栈
• 5. 动态链接
• 6. 方法的绑定机制：静态绑定与动态绑定
• ７.方法返回地址

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1.虚拟机栈概述

1.1 内存中的栈与堆

栈是运行时的单位，而堆是存储的单位。 即：栈解决程序的运行问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据。堆解决的是数据存储的问题，即数据怎么放、放哪儿。

1.2 虚拟机栈的基本内容

Java虚拟机栈是什么？

• Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack)。每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个的栈帧（Stack Frame),对应着一次次的Java方法调用。是线程私有的。
• 生命周期：生命周期和线程一致。
• 作用：主管Java程序的运行，它保存方法的局部变量（8种基本数据类型、对象的引用地址）、部分结果、并参与方法的调用和返回。
  》局部变量 vs 成员变量(或属性）
  》基本数据变量 vs 引用类型变量(类、数组、接口）

栈的优点:

• 栈是一种快速有效的分配存储方式，访问速度仅次于程序计数器。
• JVM直接对Java栈的操作只有两个：
  》每个方法执行，伴随这进栈（入栈、压栈）。
  》执行结束后的出栈工作。
• 对栈来说不存在垃圾回收问题。

栈中可能出现的异常：

• Java虚拟机规范允许Java栈的大小是动态的或者是固定不变的。
  》如果采用固定大小的Java虚拟机栈，那每一个线程的Java虚拟机栈容量可以在线程创建的时候独立选定。如果线程请求分配的栈容量超过Java虚拟机栈允许的最大容量，Java虚拟机将会抛出一个StackOverflowError异常。
  》如果Java虚拟机栈可以动态扩展，并且在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存，或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈，那Java虚拟机将会抛出一个OutOfMemoryError异常。

设置栈内存大小：

2.栈的存储结构和运行原理

栈中存储什么：

栈的运行原理：

栈帧的内部结构：

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.局部变量表

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、对象引用（reference),以及returnAddress类型。
• 由于局部变量表是建立在线程的栈上，是线程的私有数据，因此不存在数据安全问题。
• 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。
• 局部变量表中的变量只在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。当前方法调用结束后，随着方法栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁。

关于Slot的理解：

• 参数值的存放总是在局部变量表数组的index0开始，到数组长度-1的索引结束。
• 局部变量表，最基本的存储单元Slot(变量槽）。
• 局部变量表中存放期可知的各种基本数据类型（8种），引用类型（reference），returnAddress类型。
• 在局部变量表里，32为以内的类型只占用一个Slot(包括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表示false，非0表示true。
  》long和double则占据两个Slot.
• JVM会为局部变量表中的每一个Slot都分配一个访问索引，通过这个索引即可成功访问到局部变量表中指定的局部变量值。
• 当一个实例方法被调用的时候，它的方法参数和方法体内部定义的局部变量将会按照顺序被复制到局部变量表中的每一个Slot上。
• 如果需要访问局部变量表中一个64bit的局部变量值时，只需要使用前一个索引即可。（比如:访问long或double类型变量）
• 如果当前帧是由构造方法或者实例方法创建的，那么该对象引用this将会存放在index为0的Slot处，其余的参数按照参数顺序继续排序。

Slot的重复利用：

栈帧中的局部变量表中的槽位是可以重用的，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，从而达到节省资源的目的。

静态变量与局部变量的对比小结：

变量的分类：

• 按照数据类型分：1）基本数据类型 . 2）引用数据类型。
• 按照在类中声明的位置分:
  1）成员变量：在使用前都经历过默认初始化赋值
      》类变量：linking的prepare阶段：给类变量默认赋值 ----》initial阶段：给类变量显示赋值即静态代码块赋值。
      》实例变量：随着对象的创建，会在堆空间中分配实例变量空间，并进行默认赋值。
  2）局部变量：在使用前，必须要进行显示赋值的！否则，编译不通过。

补充说明：

• 在栈帧中，与性能调优关系最为密切的部分就是前面提到的局部变量表。在方法执行时，虚拟机使用局部变量表完成方法的传递。
• 局部变量表中的变量也是重要的垃圾回收根节点，只要被局部变量表中直接或间接引用的对象都不会被回收。

4. 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的操作数栈。
• 操作数栈，在方法执行过程中，根据字节码指令，往栈中写入数据或提取数据，即入栈（push)/出栈（Pop).
  》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：执行赋值、交换、求和等操作。



• 操作数栈，主要用于保存计算过程的中间结果，同事作为计算机过程中变量临时的存储空间。
• 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。
• 栈中任何一个元素都可以任意的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。
• 操作数栈并非采用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)操作来完成一次数据访问。
• 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。

涉及操作数栈的字节码指令执行分析：

5. 动态链接

动态链接（指向运行时常量池的方法引用）：

• 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 Referenc)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合引用转换为调用方法的直接引用。

6. 方法的绑定机制：静态绑定与动态绑定

方法的调用：

在JVM中，将符号引用转换为调用方法的直接引用与方法的绑定机制相关。

• 静态链接：　当一个字节码文件被装载到ＪＶＭ内部时，如果被调用的目标方法在编译器可知，且运行期保持不变时。这种情况下将调用方法的符号引用转换为直接引用的过程称之为静态链接。
• 动态链接：　如果被调用的方法在编译器无法被确定下来，也即是说，只能够在程序运行期将调用方法的符号引用转换为直接引用，由于这种引用转换过程具备动态性，因此也就被称之为动态链接。

方法的调用：关于involvedynamic：

方法的调用：方法重写的本质：

Java语言中方法重写的本质：
１. 找到操作数栈顶的第一个元素所执行的对象的实际类型，记作Ｃ．
２．如果在类型Ｃ中找到与常量中的描述符合简单名称都相符的方法，则进行访问权限校验，如果通过则返回这个方法的直接引用，查找过程结束；如果不通过，则返回Ｊａｖａ．ｌａｎｇ．ＩｌｌｅｇａｌＡｃｃｅｓｓＥｒｒｏｒ异常。
３.否则，按照继承关系从下往上依次对Ｃ的各个父类进行第２步的搜索和验证过程。
４.如果始终没有找到合适的方法，则抛出Ｊａｖａ．ｌａｎｇ．ＡｂｓｔｒａｃｔＭｅｔｈｏｄＥｒｒｏｒ异常。

方法的调用：虚方法表

７.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。