标签：操作数 调用 -- 虚拟机 局部变量 JVM 方法 栈帧
内存中的栈和堆
栈是运行时的单位，堆是存储的单位
也就是 栈解决程序的运行问题，而程序如何执行，或者说如何处理数据。堆解决的是数据存储的问题。也就是数据怎么放、放在哪。
java虚拟机栈
java虚拟机栈早期也叫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），对应着一次次的java方法调用。也就是说，每个线程都有自己的栈，栈中的数据都是以栈帧的格式存在。在这个线程上正在执行的每个方法都各自对应着一个栈帧。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。
栈运行原理
JVM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”或“后进先出”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），与当前栈帧相对应的方法就是当前方法（Current Method），定义这个方法的类就是当前类（Current Class）。
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，对应的新的栈帧就会被创建出来，放在栈的顶端，成为新的当前帧。
不同的线程中所包含的栈帧是不允许存在相互引用的，也就是不可能在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；另一种是抛出异常。不管使用哪种方式，都会导致栈帧被弹出。
生命周期
生命周期与线程一致
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。
栈的优点
栈是一种快速有效的分配存储方式，访问速度仅次于程序计数器。
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
栈不存在垃圾回收（GC）；但是存在内存溢出（OOM）
栈帧的内部结构
局部变量表（Local Variables）
操作数栈（Operand Stack 也叫表达式栈）
动态链接（Dynamic Linking 也叫指向运行时常量池的方法引用）
方法返回地址（Return Address 也叫方法正常退出或异常退出的定义）
一些附加信息
栈帧内部结构之局部变量表
局部变量表也被称之为局部变量数组或本地变量表（一维表）
定义为一个数字数组，主要用于存储方法参数和定义在方法体的局部变量，这些数据类型包括各类基本数据类型、对象引用，以及returnAddress类型
由于局部变量表是建立在线程的栈上，是线程的私有数据，因此不存在数据安全问题（多个线程操作共享数据才会出现数据安全问题）
局部变量表所需的容量大小是在编译器确定下来的，并保存方法的Code属性的maximum local variables数据项中。在方法运行期间是不会改变局部变量表的大小的。
局部变量表中的变量只在当前方法的调用中有效。在方法执行时，虚拟机通过使用局部变量表完成参数值到参数变量列表的传递过程。当方法调用结束后，随着方法栈帧的销毁，局部变量也会随着销毁。
关于Slot
参数值的存放总是在局部变量数组的index0开始，到数组长度-1的索引结束
局部变量表，最基本的存储单元是Slot（变量槽）
局部变量表中存放编译器可知的各种基本数据类型（8种），引用类型（reference），returrnAdress类型的变量。
在局部变量表里，32位以内的类型只占用一个solt（包括returnAdress类型）,64位类型（long 和double）占用了两个slot。
byte、short、char在存储前被转换位int，boolean也被转换为int。0表示False，1表示True
JVM会为局部变量表中的每一个Slot都分配一个访问索引，通过这个索引即可成功访问到局部变量表中指定的局部变量值
当一个实例方法被调用的时候，他的方法参数和方法体的内部定义的局部变量将会按照顺序被复制到局部变量表中的每一个Slot上
如果需要访问局部变量表中一个64bit的局部变量值时，只需要访问一个起始索引即可。
如果当前帧是由构造方法或者实例（非静态）方法创建的，那么该对象引用this将会存放在index为0的slot处，其余的参数按照参数表顺序继续排列。
在栈帧中，与性能调优关系最密切的部分就是局部变量表。在方法执行时，虚拟机使用局部变量表完成方法的传递。
局部变量表的变量也是重要的垃圾回收根节点，只要被局部变量表中直接或间接引用的对象都不会被回收。
静态变量与局部变量的对比
参数表分配完毕之后，再根据方法体内定义的变量的顺序和作用域分配。
我们知道类变量表有两次初始化的机会，第一次是在“准备阶段”，执行系统初始化，对类变量设置零值，另一次则是在“初始化”阶段，赋予程序员在代码中定义的初始值。
和类变量初始化不同的是，局部变量表不存在系统的初始化的过程，着意味着一旦定义了局部变量则必须人为的初始化，否则无法使用。
栈帧内部结构之操作数栈(Operand Stack)
每一个独立的栈帧中除了包括局部变量表以外，还包括一个后进先出的操作数栈，也可以被称之为表达式栈（Expression Stack）
操作数栈，在方法执行过程中，根据字节码指令，往栈中写入数据或提取数据，也就是入栈 出栈
某些字节码指令将值压入操作数栈，其余的字节码指令将操作数取出栈。使用他们后再把结果压入栈。
比如：执行赋值，交换，求和等操作
操作数栈，主要用于保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间。
操作数栈就是JVM执行引擎的一个工作区，当一个方法刚开始执行的时候，一个新的栈帧也会随之被创建出来，这个方法的操作数栈是空的。
每一个操作数栈都会拥有一个明确的栈深度用于存储数值，其所需的最大深度在编译期就定义好了，保存在方法的Code属性中，为max_stack的值。
栈中的任何一个元素都可以是任意的java数据类型
操作数栈并非采用访问索引的方式来进行数据访问的，而是只能通过标准的入栈和出栈操作来完成一次的数据访问。
如果被调用的方法带有返回值的话，其返回值将会被压入当前栈帧的操作数栈中，并更新PC寄存器中下一条需要执行的字节码指令。
操作数栈中的元素的数据类型必须与字节码指令的序列严格匹配，这由编译器在编译期间进行验证，同时在类加载过程中的类检验阶段的数据流分析阶段要再次验证。
我们所说的Java虚拟机的解释引擎是基于栈的执行引擎，其中的栈指的是操作数栈。
下面来反编译这段代码
public void testAddOperation(){
byte i = 10;
int j = 5;
int k = i + j;
}这是我用插件得到的这段代码的指令。
指令地址 操作指令
局部变量表
第一行就是把10这个byte类型的数以int类型存储到操作数栈当中。在这个操作之前，操作数栈是空的。局部变量表也是空的，pc寄存器存储下一条指令的地址。第二条指令就是把10这个数存储到局部变量表的1地址当中。接下来操作也是如此，当int取值-1~5时，JVM采用iconst指令将常量压入栈中。然后接着存入局部变量表2地址当中。第五、第六两条指令是依次把10，和5这两个数从局部变量表中拿出来，放到操作数栈。接下来执行iadd操作，让他们出栈做一个相加的运算，运算完成后把结果以int类型的数据存储到局部变量表地址为3 的位置。然后方法没有返回值，以return结束。
此过程中操作数栈的最大深度是2，局部变量表是4。
栈帧内部结构之动态链接（指向运行时常量池的方法引用）
首先叙述一下栈顶缓存技术
基于栈式架构的虚拟机所使用的零地址指令更加紧凑，但完成一项操作的时候必然需要使用更多的入栈和出栈指令，这同时也就意味着将需要更多的指令分派次数和内存读写次数。
由于操作数是存储在内存中的，因此频繁的执行内存读写操作必然会影响执行速度。为了解决这个问题。Hotspot JVM的设计者们提出了栈顶缓存技术，将栈顶元素全部缓存在物理cpu的寄存器中，以此降低对内存的读写次数，提升执行引擎的执行效率。
下面来叙述动态链接
每一个栈帧内部都包括一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用。包含整个引用的目的就是为了支持当前方法的代码能够实现动态链接。比如：invokedynamic指令
在java源文件被编译到字节码文件中，所有的变量和方法引用都作为符号引用保存在class文件的常量池里。比如：描述一个方法调用了另外的其他方法时，就是通过常量池指向方法的符号引用来表示，那么动态链接的作用就是为了将这些符号引用转换为调用方法的直接引用。
方法的调用
在JVM中，将符号引用转换为调用方法的直接引用与方法的绑定机制相关。
静态链接：当一个字节码文件被装进jVM内部时，如果被调用的目标方法在编译器可知，且运行期保持不变时。这种情况下将调用方法的符号引用转换为直接引用过程称之为静态链接。
动态链接：如果被调用的方法在编译器无法被确定下来，也就是说，只能够在程序运行期将调用方法的符号引用转换为直接引用，由于这种引用转换过程具有动态性，因此称之为动态链接。
这两种链接对应的绑定机制为：早期绑定和晚期绑定。绑定是一个字段、方法或者类在符号以用被替换为直接引用的过程，这仅仅发生一次。
早期绑定：早期绑定就是指被调用的目标方法如果在编译器可知，且运行期间保持不变时，即可将这个方法与所属类型进行绑定，这样依赖，由于明确了被调用的目标方法究竟是哪一个，因此也就使用静态链接的方式将符号引用转换为直接引用。
晚期绑定：如果被调用的方法在编译期无法被确定下来，只能够在程序运行期根据实际的类型绑定相关的方法，这种绑定方法也就被称之为晚期绑定。
方法重写的本质
Java语言中方法重写的本质：
1.找到操作数栈顶的第一个元素所执行的对象的实际类型，记作C。
2.如果在类型C中找到与常量中的描述符合简单名称都相符的方法，则进行访问权限校验，如果通过则返回这个方法的直接引用，查找过程结束；如果不通过。则返回java.lang.IllegalAccessError异常。
3.否则，按照继承关系从下往上依次对C的各个父类进行第二步的搜索和验证过程。
4.如果始终没有找到合适的方法，则抛出java.lang.AbstractMethodError异常。
IllegalAccessError：程序试图访问或修改一个属性或调用一个方法，这个属性或方法，你没有权限访问。一般的，这个会引起编译器异常。这个错误如果发生在运行时，就说明一个类发生了不兼容的改变。 一般会出现在maven jar包冲突
虚方法表
在面向对象的编程中，会很频繁的使用到动态分派，如果在每次动态分派的过程中都要重新在类的方法元数据中搜索合适的目标的话就可能影响到执行效率。因此，为了提高性能，JVM在类的方法区建立了一个虚方法表（非虚方法不会出现的表中）来实现。使用索引表来代替查找。
每个类中都有一个虚方法表，表中存放着各个方法的实际入口
虚方法表会在类加载的链接阶段被创建并开始初始化，类的变量初始值准备完成之后，JVM会把该类的方法表也初始化完毕。
具体来说，当子类重写了父类方法的时候，子类调用这个方法，会执行子类重写后的方法，这是因为子类重写的方法会存储在虚方法表中，当调用时直接去虚方法表找，而不用一层一层的沿着父类去找。
非虚方法：如果方法在编译期就确定了具体的调用版本，这个版本在运行时是不可变的。这样的方法称为非虚方法。
静态方法，私有方法，final方法，实例构造器，父类方法都是非虚方法，其他都是虚方法。
虚拟机栈之方法返回地址
方法返回地址是用来存放调用该方法的PC寄存器的值。主要是用来把这个值交给执行引擎，用来执行后续的操作。
一个方法的结束有两种方式：正常执行完成；出现未处理的异常，非正常退出。
无论通过那种方法退出，在方法退出后都会返回到该方法被调用的位置。方法正常退出时，调用者的pc计数器的值作为返回地址，即调用该方法的指令的下一条指令的地址。而通过异常退出的，返回地址是要通过异常表来确定，栈帧一般不会保存这部分信息。
本质上，方法的退出就是当前栈帧出栈的过程。此时，需要恢复上层方法的局部变量表、操作数栈、设置PC寄存器值等，让调用者方法继续执行下去。
正常完成出口和异常完成出口的区别在于：通过异常完成的出口退出的不会给他的上层调用者产生任何的返回值。
虚拟机栈之一些附加信息
栈帧中允许携带与Java虚拟机实现相关的一些附加信息。例如 对程序调试提供支持的信息。
开发中遇到的异常有哪些？？
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，那么java虚拟机将会抛出一个StackOverflowError异常。
如果采用动态扩展，并且在尝试扩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，那么java虚拟机栈将会抛出一个OutodMemoryError异常
标签：操作数,调用,--,虚拟机,局部变量,JVM,方法,栈帧 来源： https://blog.csdn.net/legends_myths/article/details/120554376
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