虚拟机栈出现的背景

由于跨平台性的设计,Java的指令都是根据栈来设计的,不同平台的CPU架构不同,所以不能设计为基于寄存器的。

优点是跨平台,指令集小,编译器容易实现,缺点是性能下降,实现同样的功能需要更多的指令。


内存中的栈与堆

栈是运行时的单位,而堆是存储的单位

栈是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。堆是解决的数据存储问题,即数据怎么放,放在哪儿。


虚拟机栈基本内容

Java虚拟机栈是什么?

java虚拟机栈,早期也叫Java栈,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针,对应着一次次的Java方法调用。

虚拟机栈是线程私有的。

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,部分结果,并参与方法的调用和返回。

执行过程

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。

图解

虚拟机栈中放着一个个的栈针,一个栈针就是代表一个方法,栈顶元素(也就是放在栈顶的栈针)就是当前执行的方法。

【JVM】运行时数据区—虚拟机栈

栈的特点

  • 栈是一种快速有效的分配存储方式,访问速递仅次于程序计数器
  • JVM直接对Java栈的操作只有两个:
    • 每个方法执行,伴随着进栈(入栈,压栈)
    • 执行结束后的出栈
  • 对于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虚拟机栈可以动态的扩展,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。

设置栈内存的大小

-Xss256k    如图所示:

【JVM】运行时数据区—虚拟机栈

栈的存储结构和运行原理

栈中存储了什么?

每个线程都有自己的栈,栈中的数据都是以栈针的格式存在,就想前文提到的一样。

在这个线程上正在执行的每个方法都各自对应一个栈针

栈针是一个内存区块,是一个数据集,维系着方法执行过程中的各种数据信息。

栈的运行原理

在一条活动线程中,一个时间点上,只会有一个活动的栈针,即只有当前正在执行的方法的栈针(栈顶栈针)是有效的,这个栈针被称为当前栈针,与当前栈针相对应的方法就是当前方法,定义这个方法的类就是当前类。

执行引擎运行的所有字节码指令只针对当前栈针进行操作。

如果该方法中调用了其他方法,对应的新的栈针会被创建出来,放在栈的顶端 ,成为新的当前帧。

不同线程中所包含的栈针是不允许存在相互引用的,即不可能在一个栈针中引用另外一个线程的栈针。

如果当前方法调用了其他方法,方法返回之际,当前栈针的执行结果给前一个栈针,接着,虚拟机就会丢弃当前栈针,使得前一个栈针重新成为当前栈针。

Java方法有两种返回函数的方式:

  • 正常的函数返回,使用return指令
  • 抛出异常

不管使用哪种方法,都会导致栈针被弹出

栈针的内部结构

栈针内部有哪些结构呢?

  • 局部变量表
  • 操作数栈(或表达式栈)
  • 动态链接(或指向运行时常量池的方法引用)
  • 方法返回地址(或方法正常退出或者异常退出的定义)
  • 一些附加信息

【JVM】运行时数据区—虚拟机栈

 

局部变量表结构的认识

从上图也可以看出来局部变量表的位置,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在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、以及returnAddress类型。

由于局部变量表是建立在线程的栈上,是线程私有数据,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器确定下来的,并保存在方法的Code属性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。

哎呀,睡觉去了,明天继续……

 

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