Java 虚拟机原理线程栈 | 栈帧 | 局部变量表 | 反汇编字节码文件 | Java 虚拟机指令手册 | 程序计数器

Posted 2021-09-18 韩曙亮

文章目录

• 一、线程栈
• 二、栈帧
• 三、栈帧 - 局部变量表
• 四、反汇编字节码文件
• 五、Java 虚拟机指令手册
• 六、程序计数器

一、线程栈

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装载 HelloWorld.class 字节码文件到 Java 虚拟机内存中 , 会将该字节码文件中的数据进行分解 , 放到不同的内存区域中 ;

public class HelloWorld {

    public int add() {
        int a = 1;
        int b = 1;
        int c = a + b;
        return c;
    }

    public static void main(String[] args) {
        HelloWorld helloWorld = new HelloWorld();
        helloWorld.add();
    }
}

运行该 HelloWorld.class 字节码文件 , 会创建一个进程 ;

java HelloWorld.class

main 方法是程序入口 , 运行后会创建一个线程 , 就是程序的主线程 ;

public static void main(String[] args) {

此时会针对 main 主线程 , 创建主线程的线程栈 ;

每个 线程 , 都要创建一个 线程栈 ;

二、栈帧

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创建 main 主线程独有的 线程栈 , 主要存放 " 栈帧 " , 每个方法都对应一个 栈帧 , 这里存放的是 main 方法对应的栈帧 , 栈帧中存放 临时变量 , 操作数 ;

" 栈帧 " 同数据结构中的 栈 性质相同 , 先进后出 , 后入先出 ;

主线程 线程栈 中 , 执行 main 函数 , 放入了 main 方法的 栈帧 , 然后创建了 HelloWorld 对象 , 又执行该对象的 add 方法 , 又放入了 add 方法的 栈帧 ;

线程栈 中以 栈 的方式 管理 " 栈帧 " , 后进入的 栈帧 先执行 , 执行完毕后 , 从 线程栈 中 移出 ;

" 栈帧 " 中存储的是 局部变量表 , 操作数栈 , 动态链接 , 方法出口 ;

三、栈帧 - 局部变量表

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局部变量表 :

以如下方法为例 :

    public int add() {
        int a = 1;
        int b = 1;
        int c = a + b;
        return a + b;
    }

局部变量表 , 存储局部变量 , 就是上述方法中的 a , b, c , $3$ 个局部变量 ;

在 main 方法的 栈帧 的局部变量表中 , 存储局部变量 helloWorld ; 但是注意 HelloWorld 对象的数据存储位置是 堆 ;

    public static void main(String[] args) {
        HelloWorld helloWorld = new HelloWorld();
        helloWorld.add();
    }

四、反汇编字节码文件

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使用

javac HelloWorld.java

命令 , 将 HelloWorld.java 编译为 HelloWorld.class 字节码文件

使用

javap -c HelloWorld.class

命令 , 对 HelloWorld.class 字节码文件进行反汇编 ;

D:\\java>javap -c HelloWorld.class
Compiled from "HelloWorld.java"
public class HelloWorld {
  public HelloWorld();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public int add();
    Code:
       0: iconst_1
       1: istore_1
       2: iconst_1
       3: istore_2
       4: iload_1
       5: iload_2
       6: iadd
       7: istore_3
       8: iload_3
       9: ireturn

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #2                  // class HelloWorld
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method "<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: invokevirtual #4                  // Method add:()I
      12: pop
      13: return
}

五、Java 虚拟机指令手册

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反汇编的结果都是 Java 虚拟机指令 ; 这些指令都是交给 Java 虚拟机 执行的 ;

根据 Java 虚拟机 指令手册 , 分析上面的 Java 虚拟机指令 ;

附件中有一份 Java 虚拟机指令手册 , 可以在博客资源中下载 ;

六、程序计数器

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CPU 时间片轮转 : 假设有一个单核 CPU , 给每个线程都会划分一个运行时间 ;

将 1 秒钟拆分成 1000 份 , 每份 1ms ; 很多线程在争取 CPU 资源 , 操作系统需要给每个线程进行 CPU 时间分配 , 如给线程 1 分配 3ms , 线程 2 分配 5ms , 线程 1 执行完毕后 , 马上切换到线程 2 执行 , 线程 2 执行完毕后 , 马上其它线程继续抢占 ;

线程 1 执行了 3ms , 然后 CPU 运行线程 2 , 假如 x ms 之后 , 再次回到线程 1 运行 , 需要靠程序计数器记录应该执行哪条 JVM 指令 ;

多个线程并发运行时 , 相互交叉抢占 CPU 资源 , 线程执行完分配的 CPU 时间后 , 需要记录下当前运行到哪 , 下一次分配到 CPU 资源后 , 继续执行哪条 JVM 指令 , 这里就需要 程序计数器 来实现该功能 ;

程序计数器就是记录下面的 JVM 指令前的数字 ;

  public int add();
    Code:
       0: iconst_1
       1: istore_1
       2: iconst_1
       3: istore_2
       4: iload_1
       5: iload_2
       6: iadd
       7: istore_3
       8: iload_3
       9: ireturn