jvm入门及理解(五)——运行时数据区(虚拟机栈)和本地方法接口

一、虚拟机栈背景

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。

 

二、内存中的堆与栈

栈是运行时的单位,而堆是存储的单位;即: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。堆解决的是数据存储的问题,即数据怎么放、放在哪儿

一般来讲,对象主要都是放在堆空间的,是运行时数据区比较大的一块

栈空间存放 基本数据类型的局部变量,以及引用数据类型的对象的引用

java虚拟机栈(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

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。

局部变量:相对于成员变量(或属性)

基本数据变量: 相对于引用类型变量(类,数组,接口

 

三、栈的特点

 

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(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)

执行结束后的出栈工作

对于栈来说不存在垃圾回收问题

 

四、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,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虚拟机栈可以动态拓展,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虚拟机栈,那java虚拟机将会抛出一个 OutOfMemoryError异常。

 

五、设置栈的内存大小

我们可以使用参数-Xss选项来设置线程的最大栈空间,栈的大小直接决定了函数调用的最大可达深度。 (IDEA设置方法:Run-EditConfigurations-VM options 填入指定栈的大小-Xss256k)

 

六、栈的存储结构和运行原理

 

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,维系着方法执行过程中的各种数据信息

JVM直接对java栈的操作只有两个,就是对栈帧的压栈和出栈,遵循先进后出/后进先出的和原则。

在一条活动线程中,一个时间点上,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(Current Frame),与当前栈帧对应的方法就是当前方法(Current Frame)

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

如果在该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。

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

如果当前方法调用了其他方法,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方法有两种返回函数的方式,一种是正常的函数返回,使用return指令;另外一种是抛出异常。不管使用哪种方式,都会导致栈帧被弹出。

 

 

jvm入门及理解(五)——运行时数据区(虚拟机栈)和本地方法接口

 

 

 七、栈帧的内部结构

每个栈帧中存储着:

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)

一些附加信息

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