深入理解JVM虚拟机_4 JVM内部结构分析-栈

作者：田超凡

栈

1. Java 虚拟机栈也是线程私有的，它的⽣命周期和线程相同，描述的是 Java⽅法执⾏的内存模型，每次⽅法调⽤的数据都是通过栈传递的。

2. 虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口(返回地址)等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

相关代码:


public static void main(String[] args) {

    a();

}

  

  public static void a() {

}

  

  public static void b() {

}

  

  public static void c() {

}



方法压栈与出栈:

栈会遵循先进后出原则 每个方法会创建一个栈帧，在栈帧中存放该方法对应的局部变量表

Idea 调试分析栈帧：

栈帧内部结构原理分析

在每一个方法 栈帧中都会有自己独立的

局部变量表(存放当前方法对应的局部变量)；

操作数栈(或表达式栈)；

动态连接(或指向运行时常量池的方法引用)

方法出口(或方法正常退出或者异常退出的定义)

栈帧包含方法的所有信息

javap -v Demo03.class

局部变量表

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引用计数法

新生代 

com.tcf.days02.Demo04

相关代码：


public static void main(String[] args) {

    String str = "tcf";

    int j = 20;

    double d = 66.66;

    boolean b = true;

}


注意：

1 局部变量表中的变量只在当前方法调用中有效。

2 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。

3 当方法调用结束后，随着方法栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁。

Variable Slot（变量槽--index）

局部变量表最基本的存储单元就是变量槽(Variable Slot)。

在局部变量表里，32位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。

注意：short，byte，boolean等数据也占用一个变量槽，因为jvm会在存储时将上述变量转为int类型（变量槽是最基本存储单元，无法分割，只能整个使用）。

1 JVM会为局部变量表中每一个变量分配变量槽，并记录其的存储位置(默认从0开始)。

2 方法的入参也是方法局部变量表中的变量，因此也需要按照参数类型的位数分配变量槽。

Eg：比如main函数方法传递了String [] args 数组，变量args就存储在index为0的变量槽中，变量d因为是64位，需要占用两个变量槽（3和4），变量b因为D占用了两个变量槽，所以直接从index 5处开始存储。

jclasslib分析字节码

1. idea 安装使用

 打开idea 中的settings > plugins 搜索 jclasslib 插件 进行安装 重启生效

重启后点击view  > 选择show bytecode with jclasslib

2.

jclasslib git地址：https://github.com/ingokegel/jclasslib

不赋值（在代码块中赋值）的变量，在局部变量表中不显示，但局部变量表仍会为其预留位置。

相关的代码:


public void tcf001() {

    int a;

    int b;

    int c;

}


变量槽的复用


public static void tcf002() {

    int a = 0;

    {

        int b=30;

        System.out.println("tcf");

    }

    int c = 0;

}



此处原因就是JVM对变量槽有一个复用性为，当变量b超出其作用域后不再生效，所以变量c直接占据了b的位置，所以局部变量表中会少一个位置。

This底层原理

如果当前的方法是实例方法或者是构造方法，则jvm默认会在局部变量表中创建 一个

当前对象 变量名称为 this， 存入在我们当前方法对应的局部表 第0个位置  这样我们就可以在实例方法中 使用 this，静态方法不会。

代码演示：


public void tcf() {

    int j = 20;

}


局部变量表总结

局部变量表只对已确定一定有值的变量和方法参数进行记录，在程序执行中得以直接使用，存储在量变槽中，如果是long和double，则需要占用两个变量槽，实例方法和构造方法会自动创建this变量，并且如果代码块结束（作用域结束），jvm会对变量槽有一个复用的行为，以便于节省空间。

操作数栈分析

相关代码：


public int compute() {

    int a = 10;

    int b = 20;

    int c = (a + b) * 10;

    return c;

}


iconst_0：将int类型的0值压入操作数栈

istore_1： 弹出操作数栈顶的值赋给局部变量表下标为1的变量

iload_1： 将局部变量表下标为1的位置存储的值压入操作数栈

iinc 1 by 1：取局部变量表下标为1的位置存储的值加上1

istore_1：弹出操作数栈顶的值赋给局部变量表下标为1的变量

底层汇编代码:

         0: bipush        10  ##  将一个8位带符号整数压入栈

         2: istore_1       局部变量表中槽1的位置存入10；

         3: bipush        20 ##  将一个8位带符号整数压入栈 20

         5: istore_2       局部变量表中槽2的位置存入20；

         6: iload_1        从局部变量表中槽1的位置 获取 变量a=10；

         7: iload_2        从局部变量表中槽2的位置 获取 变量b=20；

         8: iadd           iadd 执行int类型的加法 10+20

         9: bipush         将一个8位带符号整数压入栈 10

        11: imul           imul 执行int类型的乘法30*10

        12: istore_3        局部变量表中槽3的位置存入300 c=300；

        13: iload_3         最后返回局部变量表中槽3的位置

        14: ireturn

++i与i++的底层原理

i++是先赋值，然后再自增；++i是先自增，后赋值。

i++是直接在局部变量表加的，没有在操作数栈里运算 

I++  与++i底层区别

I++ 先将局部变量表中的值 压入放入到操作数栈中

，在直接对局部变量中做+1操作。

++i 先将局部变量表中的 值 做1+的操作，在将局部变量表中 加1

之后的结果 压入到操作数栈中。

动态连接--常量池

方法出口 定义异常

栈溢出

StackOverflowError（栈溢出）

StackOverflowError代表的是，当栈深度超过虚拟机分配给线程的栈大小时就会出现此error。


public class StackOverFlow {

    private int i;

  

    public void plus() {

        i++;

        plus();

    }

  

    public static void main(String[] args) {

        StackOverFlow stackOverFlow = new StackOverFlow();

        try {

            stackOverFlow.plus();

        } catch (Error e) {

            System.out.println("Error:stack length:" + stackOverFlow.i);

            e.printStackTrace();

        }

    }

}


 在栈空间内存中 是否会发生线程安全问题呢？

动态链接

动态链接: 每个栈帧都保存了 一个可以指向当前方法所在类的 运行时常量池, 目的是: 当前方法中如果需要调用其他方法的时候, 能够从运行时常量池中找到对应的符号引用, 然后将符号引用转换为直接引用,然后就能直接调用对应方法, 这就是动态链接

方法出口

方法返回地址