JVM运行时数据区篇(虚拟机栈)

Posted 2021-09-09 ProChick

JVM运行时数据区篇

• • 1.什么是虚拟机栈？
  • 2.虚拟机栈的作用特点
  • 3.虚拟机栈的常见异常
  • 4.虚拟机栈的存储结构
  • 5.虚拟机栈的运行原理
  • 6.虚拟机栈的栈帧结构

1.什么是虚拟机栈？

• 内存中的堆和栈

  • 栈是运行时的单位，而堆是存储的单位
  • 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。而堆解决的是数据存储的问题，即数据怎么放、放在哪儿
  • 栈空间存放方法的局部变量( 包括基本数据类型、引用数据类型的地址 )，而堆空间主要存放的是对象，是运行时数据区比较大的一块

• 什么是虚拟机栈？

  • 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CPU架构不同，所以不能设计为基于寄存器的
  • JVM栈（Java Virtual Machine Stack），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帧（Stack Frame），对应这个一次次的java方法调用。
  • 它是线程私有的，生命周期和线程是一致的

2.虚拟机栈的作用特点

• 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

• 特点

  • 栈是一种快速有效的分配存储方式，访问速度仅次于PC寄存器
  • 栈的优点是跨平台，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
  • JVM直接对JVM栈的操作只有两个：方法执行入栈、执行结束出栈
  • JVM栈不存在垃圾回收问题，但会有OOM溢出的问题

3.虚拟机栈的常见异常

JVM规范允许Java虚拟机栈的大小是动态可扩展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了Java虚拟机栈允许的最大容量，那么Java虚拟机将会抛出StackOverFlowError栈溢出的异常
• 如果采用可动态扩展大小的Java虚拟机栈，并且在尝试拓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Java虚拟机栈，那么Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError内存溢出的异常

4.虚拟机栈的存储结构

• 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，在这个线程上正在执行的每个方法都对应各自的一个栈帧
• 栈帧是一个内存区块，是一个数据集，保存着方法执行过程中的各种数据信息
• 不同线程中所包含的栈帧是不允许相互引用的，即不可能在另一个栈帧中引用另外一个线程的栈帧

5.虚拟机栈的运行原理

• 在一条活动的线程中，同一时刻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，与当前栈帧对应的方法就是当前方法
• 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
• 如果当前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，成为新的当前栈帧
• 如果当前方法执行结束，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
• Java方法有两种函数返回的方式： 正常返回( return指令 )、异常返回( 抛出异常 )，不管使用哪种方式，都会导致栈帧被弹出

6.虚拟机栈的栈帧结构

• 局部变量表（Local Variables）
• 操作数栈（Operand Stack）(或表达式栈)
• 动态链接（Dynamic Linking）(或执行运行时常量池的方法引用)
• 方法返回地址（Return Adress）（或方法正常退出或者异常退出的定义）
• 附加信息（ Additional Message）