从JVM底层原理分析数值交换那些事

基础数据类型交换

这个话题,需要从最最基础的一道题目说起,看题目:以下代码a和b的值会交换么:

public static void main(String[] args) { int a = 1, b = 2; swapInt(a, b); System.out.println("a=" + a + " , b=" + b); } private static void swapInt(int a, int b) { int temp = a; a = b; b = temp; }

结果估计大家都知道,a和b并没有交换:

integerA=1 , integerB=2

但是原因呢?先看这张图,先来说说Java虚拟机的结构:

从JVM底层原理分析数值交换那些事

运行时区域主要分为:

线程私有:

程序计数器:Program Count Register,线程私有,没有垃圾回收

虚拟机栈:VM Stack,线程私有,没有垃圾回收

本地方法栈:Native Method Stack,线程私有,没有垃圾回收

线程共享:

方法区:Method Area,以HotSpot为例,JDK1.8后元空间取代方法区,有垃圾回收。

堆:Heap,垃圾回收最重要的地方。

和这个代码相关的主要是虚拟机栈,也叫方法栈,是每一个线程私有的。
生命周期和线程一样,主要是记录该线程Java方法执行的内存模型。虚拟机栈里面放着好多栈帧注意虚拟机栈,对应是Java方法,不包括本地方法。

一个Java方法执行会创建一个栈帧,一个栈帧主要存储:

局部变量表

操作数栈

动态链接

方法出口
每一个方法调用的时候,就相当于将一个栈帧放到虚拟机栈中(入栈),方法执行完成的时候,就是对应着将该栈帧从虚拟机栈中弹出(出栈)。

每一个线程有一个自己的虚拟机栈,这样就不会混起来,如果不是线程独立的话,会造成调用混乱。

大家平时说的java内存分为堆和栈,其实就是为了简便的不太严谨的说法,他们说的栈一般是指虚拟机栈,或者虚拟机栈里面的局部变量表。

局部变量表一般存放着以下数据:

基本数据类型(boolean,byte,char,short,int,float,long,double)

对象引用(reference类型,不一定是对象本身,可能是一个对象起始地址的引用指针,或者一个代表对象的句柄,或者与对象相关的位置)

returAddress(指向了一条字节码指令的地址)

局部变量表内存大小编译期间确定,运行期间不会变化。空间衡量我们叫Slot(局部变量空间)。64位的long和double会占用2个Slot,其他的数据类型占用1个Slot。

上面的方法调用的时候,实际上栈帧是这样的,调用main()函数的时候,会往虚拟机栈里面放一个栈帧,栈帧里面我们主要关注局部变量表,传入的参数也会当成局部变量,所以第一个局部变量就是参数args,由于这个是static方法,也就是类方法,所以不会有当前对象的指针。

从JVM底层原理分析数值交换那些事

如果是普通方法,那么局部变量表里面会多出一个局部变量this。

如何证明这个东西真的存在呢?我们大概看看字节码,因为局部变量在编译的时候就确定了,运行期不会变化的。下面是IDEA插件jclasslib查看的:

从JVM底层原理分析数值交换那些事

上面的图,我们在main()方法的局部变量表中,确实看到了三个变量:args,a,b。

那在main()方法里面调用了swapInt(a, b)呢?

那堆栈里面就会放入swapInt(a,b)的栈帧,相当于把a和b局部变量复制了一份,变成下面这样,由于里面一共有三个局部变量:

a:参数

b:参数

temp:函数内临时变量

a和b交换之后,其实swapInt(a,b)的栈帧变了,a变为2,b变为1,但是main()栈帧的a和b并没有变。

从JVM底层原理分析数值交换那些事

那同样来从字节码看,会发现确实有3个局部变量在局部变量表内,并且他们的数值都是int类型。

从JVM底层原理分析数值交换那些事

而swap(a,b)执行结束之后,该方法的堆栈会被弹出虚拟机栈,此时虚拟机栈又剩下main()方法的栈帧,由于基础数据类型的数值相当于存在局部变量中,swap(a,b)栈帧中的局部变量不会影响main()方法的栈帧中的局部变量,所以,就算你在swap(a,b)中交换了,也不会变。

从JVM底层原理分析数值交换那些事

基础包装数据类型交换

将上面的数据类型换成包装类型,也就是Integer对象,结果会如何呢?

public static void main(String[] args) { Integer a = 1, b = 2; swapInteger(a, b); System.out.println("a=" + a + " , b=" + b); } private static void swapInteger(Integer a, Integer b) { Integer temp = a; a = b; b = temp; }

结果还是一样,交换无效:

a=1 , b=2

这个怎么解释呢?

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