JVM之一：操作数栈和局部变量表

Posted 2022-01-28 小猪快跑22

每个方法被执行的时候，JVM 都会在虚拟机栈中创建一个栈帧，栈帧是什么呢？

一、栈帧

栈帧（Stack Frame）是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，每一个线程在执行某个方法时，都会为这个方法创建一个栈帧。

我们可以这样理解：一个线程包含多个栈帧，而每个栈帧内部包含局部变量表、操作数栈、动态连接、返回地址等。

这里来说下 局部变量表的最大长度和操作数栈的最大深度。

1. 当一个方法开始执行的时候操作数栈是空的。
2. 操作数栈的最大深度在编译期就决定了。
3. 栈中的任何一个元素可以是任意的Java 类型

注意：
32 bit 占一个单位深度（slot）
64 bit 占2个单位深度（slot） 即 long double 类型占2个slot

下面举例说明：

     public void add(int a, int b) 
          int sum = a + b;
      

操作指令如下：

public void add(int, int);
    descriptor: (II)V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=4, args_size=3
         0: iload_1
         1: iload_2
         2: iadd
         3: istore_3
         4: return
      LineNumberTable:
        line 6: 0
        line 7: 4

解释下上面的语句。
当add方法编译开始的时候：局部变量表里面的元素是 [this, int, int] 。因为add方法是普通方法而不是 static 方法，所以索引为0的位置存放的是当前类的对象；
静态方法属于类而不是对象，所以不需要。

iload_1 ：把局部变量表索引为1的（参数a的值）压入栈：[int] — int 型数据所以用 iload，如果是对象的引用则用 aload
iload_2 ：把局部变量表索引为2的（参数b的值）压入栈：[int, int]
iadd ：把栈上的最上面2个数据先出栈，然后相加，得到的结果再次压入栈：[int] 存的是相加的结果
istore_3 ：把栈顶的数据放到局部变量表索引为3的位置 [this, int, int，int]
return : 方法执行完，退出

如上，可以看到 栈的最大深度为2，局部变量表的最大长度为4，符合上面的 stack=2, locals=4。

当我们把 add 方法参数类型改为 long ,如下：

public void add(long a, long b) 
    long sum = a + b;

如下：

public void add(long, long);
    descriptor: (JJ)V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=4, locals=7, args_size=3
         0: lload_1
         1: lload_3
         2: ladd
         3: lstore        5
         5: return
      LineNumberTable:
        line 6: 0
        line 7: 5

为是 long 类型，占2个slot，所以开始的局部变量表如下：[this, long, top, long, top]
lload_1 ： 操作栈 [long, top]
lload_3 : 操作栈 [long, top, long, top]
ladd : 出栈后相加后压入栈 [long, top]
lstore ： 将栈顶的求和的结果存入局部变量表：[this, long, top, long, top， long, top]

所以 栈最大深度为4，局部变量表的最大长度为 7，符合上面的 stack=4, locals=7

二、如果方法有返回值的话，其返回值将会被压入当前栈帧的操作数栈中。

public int add(int a, int b) 
    int sum = a + b;
    return sum;

public int add(int, int);
    descriptor: (II)I
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=4, args_size=3
         0: iload_1
         1: iload_2
         2: iadd
         3: istore_3
         4: iload_3 // 多了一步将局部变量表索引值为3的数组压入操作数栈
         5: ireturn // 因为这次 add 有返回值，且返回值为 int 类型，所以指令为 ireturn
      LineNumberTable:
        line 6: 0
        line 7: 4