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一、内存中的栈
二、基本内容
三、优点
四、栈的存储单位
五、栈运行原理
六、栈的内部结构
#xff08;一#xff09;局部变量表
#xff08;二#xff09;操作数栈
#xff08;三#xff09;动态链接
#xff08;四#xff09;方法返回地址
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一、内存中的栈
二、基本内容
三、优点
四、栈的存储单位
五、栈运行原理
六、栈的内部结构
一局部变量表
二操作数栈
三动态链接
四方法返回地址
五附加信息
六方法的调用
1、链接方式
2、方法的绑定
3、虚方法和非虚方法
4、方法调用指令
5、方法重写的本质
6、虚方法表 这次学习的是JVM运行时数据区中的Java虚拟机栈部分 一、内存中的栈
栈是运行时的单位而堆是存储的单位栈解决程序如何执行如何处理数据。堆解决的是数据存储问题即数据怎么放放在哪里。
二、基本内容
Java虚拟机栈早期也叫Java栈每个线程创建时都会创建一个虚拟机栈内部保存一个个栈帧对应着一次次的Java方法调用生命周期和线程的一致主管Java程序的运行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 vs 成员变量基本数据类型 VS 引用类型变量类数组接口 三、优点
1、快速有效的存储方式访问速度仅次于程序计数器
2、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的出栈
3、栈不存在垃圾回收但是存在OOM
4、Java栈大小是动态或者固定不变的。如果是动态扩展无法申请到足够内存OOM如果是固定线程请求的栈容量超过固定值则StackOverflowError
5、使用-Xss (记忆站着做一个小手术栈Xss)设置线程的最大栈空间 四、栈的存储单位
每个线程都有自己的栈栈中的数据以栈帧格式存储线程上正在执行的每个方法都各自对应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个数据信息先进后出后进先出一条活动的线程中一个时间点上只会有一个活动的栈帧。只有当前正在执行的方法的栈顶栈帧是有效的这个称为当前栈帧对应方法是当前方法对应类是当前类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顶端成为新的当前帧
五、栈运行原理
不同线程中包含的栈帧不允许存在相互引用。
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新的栈帧。
Java方法有两种返回方式
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哪种方式都会导致栈帧被弹出
六、栈的内部结构
栈中存储栈帧每个栈帧中存储着
① 局部变量表
② 操作数栈
③ 动态链接
④ 方法返回地址
⑤ 一些附加信息 一局部变量表
1、定义为一个数字数组主要用于存储方法参数定义在方法体内部的局部变量数据类型包括各类基本数据类型对象引用以及return address类型
2、局部变量表建立在线程的栈上是线程私有的因此不存在数据安全问题
3、局部变量表容量大小是在编译期确定下来的
4、局部变量表存放编译期可知的各种基本数据类型8种引用类型reference,return address 类型
5、最基本的存储单元是slot32位占用一个slot64位类型long和double占用两个slot 6、局部变量表中的变量只有在当前方法调用中有效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。方法调用结束后随着方法栈帧的销毁局部变量表也会随之销毁
7、关于Slot的理解
JVM虚拟机会为局部变量表中的每个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如果当前帧是由构造方法或者实例方法创建的那么该对象引用this会存放在index为0的slot处其余的参数表顺序继续排列 补充 在栈帧中与性能调优关系最密切的部分就是局部变量表方法执行时虚拟机使用局部变量表完成方法的传递 局部变量表中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 二操作数栈
在方法执行的过程中根据字节码指令往栈中写入数据或提取数据即入栈/出栈 1、如果被调用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程序计数器中下一条需要执行的字节码指令
2、Java虚拟机的解释引擎是基于栈的执行引擎其中栈就是操作数栈
3、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
4、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
5、每一个操作数栈会拥有一个明确的栈深度用于存储数值最大深度在编译期就定义好
6、栈中32bit类型占用一个栈单位深度64bit类型占用两个栈单位深度和局部变量表中Slot存储相同
7、操作数栈并非采用访问索引方式进行数据访问而是只能通过标准的入栈、出栈操作完成一次数据访问
8、栈顶缓存技术
由于操作数是存储在内存中频繁的进行内存读写操作影响执行速度将栈顶元素全部缓存到物理CPU的寄存器中依此降低对内存的读写次数提升执行引擎的执行效率 三动态链接
指向运行时常量池的方法引用运行时常量池放在方法区中
每一个栈帧内部都包含一个指向运行时常量池中该帧所属方法的引用目的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源文件被编译成字节码文件中时所有的变量、方法引用都作为符号引用保存在class文件的常量池中。描述一个方法调用了另外的其他方法时就是通过常量池中指向方法的符号引用来表示的。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
常量池、运行时常量池
常量池在字节码文件中运行时常量池在运行时的方法区中
四方法返回地址
1、存放调用该方法的pc寄存器的值
2、方法的结束
正常执行完成出现未处理异常非正常退出
3、无论哪种方式退出方法退出后都会返回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。
4、异常退出的返回地址是通过异常表来确定栈帧中一般不会保存这部分信息
5、执行引擎遇到任意一个方法返回的字节码指令return,会有返回值传递给上层的方法调用者简称正常完成出口。返回指令包括
ireturn返回值是booleanbytecharshort和int类型时使用lreturn——longdreturn——doubleareturn——引用类型还有一个return指供声明为 void的方法、实例初始化方法、类和接口的初始化方法使用
6、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将返回值压入调用者栈帧的操作数栈设置PC寄存器值等让调用者方法继续执行下去。
7、正常完成出口和异常完成出口的区别在于通过异常完成出口退出的不会给他的上层调用者产生任何的返回值
五附加信息
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。不一定每个栈帧都有所以说栈帧主要包含局部变量表、操作数栈、动态链接和方法返回地址的说法其实也没错。
六方法的调用
1、链接方式
① 静态链接
当一个字节码文件被装载进JVM内部时如果被调用的目标方法在编译期可知且运行时期间保持不变这种情况下降调用方的符号引用转为直接引用的过程称为静态链接
② 动态链接
如果被调用的方法无法再编译期被确定下来只能在运行期将调用的方法的符号引用转为直接引用这种引用转换过程具备动态性因此被称为动态链接
2、方法的绑定
绑定是一个字段、方法、或者类在符号引用被替换为直接引用的过程。仅仅发生一次。
① 早期绑定
被调用的目标方法如果再编译期可知且运行期保持不变
② 晚期绑定
被调用的方法在编译期无法被确定只能够在程序运行期根据实际的类型绑定相关的方法。 Java中任何一个普通方法都具备虚函数的特征运行期确认具备晚期绑定的特点C中则使用关键字virtual来显式定义 如果在java程序中不希望某个方法拥有虚函数的特征则可以使用关键字final来标记这个方法 3、虚方法和非虚方法
① 非虚方法
如果方法在编译期就确定了具体的调用版本则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
② 除了非虚方法其他方法称为虚方法
4、方法调用指令
① 普通调用指令
invokestatic 调用静态方法解析阶段确定唯一方法版本invokespecial 调用init方法私有及父类方法解析阶段确定唯一方法版本invokevirtual 调用所有虚方法invokeinterface 调用接口方法其中invokestatic指令和invokespecial指令调用的方法称为非虚方法其余的final修饰的除外称为虚方法
② 动态调用指令
invokedynamic 动态解析出需要调用的方法然后执行
直到Java8的Lambda表达式的出现invokedynamic指令的生成在Java中才有了直接的生成方式。Java本身是静态语言动态调用指令使Java有了动态语言的特性 5、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做C
② 如果在类型C中找到与常量池中描述符和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的各个父类进行上一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
6、虚方法表
面向对象的编程中会很频繁的使用动态分配如果每次动态分配的过程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采用在类的方法区建立一个虚方法表使用索引表来代替查找
每个类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会把该类的方法也初始化完毕
