虛擬機器棧

棧幀

1.1定義

棧幀（stack frame）是用於支援虛擬機器進行方法呼叫和方法執行的資料結構，它是虛擬機器執行時資料區中的虛擬機器棧的棧元素。棧幀儲存了方法的區域性變量表、運算元棧、動態連線和方法返回地址等資訊。
每一個方法從呼叫開始到執行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機器棧裡面從入棧到出棧的過程。
對於執行引擎來說，活動執行緒中，只有棧頂的棧幀是有效的，稱為當前棧幀，這個棧幀所關聯的方法稱為當前方法。執行引擎所執行的所有位元組碼指令都只針對當前棧幀進行操作。

1.區域性變量表

區域性變量表是一組變數值儲存空間，用於存放方法引數和方法內部定義的區域性變數。在Java程式被編譯成Class檔案時，就在方法的Code屬性的max_locals資料項中確定了該方法所需要分配的
最大區域性變量表的容量。
區域性變量表的容量以變數槽（Slot）為最小單位

，32位虛擬機器中一個Slot可以存放一個32位以內的資料型別（boolean、byte、char、short、int、float、reference和returnAddress八種）。
reference型別虛擬機器規範沒有明確說明它的長度，但一般來說，虛擬機器實現至少都應當能從此引用中直接或者間接地查詢到物件在Java堆中的起始地址索引和方法區中的物件型別資料。
returnAddress型別是為位元組碼指令jsr、jsr_w和ret服務的，它指向了一條位元組碼指令的地址。
虛擬機器是使用區域性變量表完成引數值到引數變數列表的傳遞過程的，如果是例項方法（非static），那麼區域性變量表的第0位索引的Slot預設是用於傳遞方法所屬物件例項的引用，在方法中通過this訪問。
Slot是可以重用的，當Slot中的變數超出了作用域，那麼下一次分配Slot的時候，將會覆蓋原來的資料。Slot對物件的引用會影響GC（要是被引用，將不會被回收）。
系統不會為區域性變數賦予初始值（例項變數和類變數都會被賦予初始值）。也就是說不存在類變數那樣的準備階段。

2.運算元棧

Java虛擬機器的解釋執行引擎被稱為”基於棧的執行引擎”，其中所指的棧就是指－運算元棧。
運算元棧也常被稱為操作棧

和區域性變數區一樣，運算元棧也是被組織成一個以字長為單位的陣列。但是和前者不同的是，它不是通過索引來訪問，而是通過標準的棧操作—壓棧和出棧—來訪問的。比如，如果某個指令把一個值壓入到運算元棧中，稍後另一個指令就可以彈出這個值來使用。

1. 棧幀剛建立使，運算元棧為空，執行方法操作時，運算元棧用於存放JVM從區域性變量表複製的常量或者變數，提供提取，及結果入棧，也用於存放呼叫方法需要的引數及接受方法返回的結果。
2. 運算元棧可以存放一個jvm中定義的任意資料型別的值。
3. 在任意時刻，運算元棧都一個固定的棧深度。

虛擬機器在運算元棧中儲存資料的方式和在區域性變數區中是一樣的：如int、long、float、double、reference和returnType的儲存。對於byte、short以及char型別的值在壓入到運算元棧之前，也會被轉換為int。
虛擬機器把運算元棧作為它的工作區——大多數指令都要從這裡彈出資料，執行運算，然後把結果壓回運算元棧。

3.動態連結

3.1 預備知識

符號引用與直接引用
符號引用就是字串，這個字串包含足夠的資訊，以供實際使用時可以找到相應的位置。你比如說某個方法的符號引用，如：“java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V”。裡面有類的資訊，方法名，方法引數等資訊。當第一次執行時，要根據字串的內容，到該類的方法表中搜索這個方法。執行一次之後，符號引用會被替換為直接引用，下次就不用搜索了。
直接引用就是偏移量，通過偏移量虛擬機器可以直接在該類的記憶體區域中找到方法位元組碼的起始位置。^_^！當然R大說的更正確。

3.2動態連結

什麼是動態連結、它有什麼用？
如上所述，在Class檔案中的常量池持中存有大量的符號引用。位元組碼中的方法呼叫指令就以常量池中指向方法的符號引用作為引數。這些符號引用一部分在類的載入階段（解析）或第一次使用的時候就轉化為了直接引用（指向資料所存地址的指標或控制代碼等），這種轉化稱為靜態連結。而相反的，另一部分在執行期間轉化為直接引用，就稱為動態連結。
與那些在編譯時進行連結的語言不同，Java型別的載入和連結過程都是在執行的時候進行的，這樣雖然在類載入的時候稍微增加一些效能開銷，但是卻能為Java應用程式提供高度的靈活性，Java中天生可以動態擴充套件的語言特性就是依賴動態載入和動態連結這個特點實現的。
動態擴充套件就是在執行期可以動態修改位元組碼，也就是反射機制與cglib，有興趣的朋友可以查一下

3.3動態連結

每個棧幀都包含一個指向執行時常量池中該棧幀所屬方法的引用，持有這個引用是為了支援方法呼叫過程中的動態連線。Class檔案的常量池中存在有大量的符號引用，位元組碼中的方法呼叫指令就以常量池中指向方法的符號引用為引數。這些符號引用，一部分會在類載入階段或第一次使用的時候轉化為直接引用（如final、static域等），稱為靜態解析，另一部分將在每一次的執行期間轉化為直接引用，這部分稱為動態連線。

4.方法返回地址

當一個方法被執行後，有兩種方式退出該方法：執行引擎遇到了任意一個方法返回的位元組碼指令或遇到了異常，並且該異常沒有在方法體內得到處理。無論採用何種退出方式，在方法退出之後，都需要返回到方法被呼叫的位置，程式才能繼續執行。方法返回時可能需要在棧幀中儲存一些資訊，用來幫助恢復它的上層方法的執行狀態。一般來說，方法正常退出時，呼叫者的PC計數器的值就可以作為返回地址，棧幀中很可能儲存了這個計數器值，而方法異常退出時，返回地址是要通過異常處理器來確定的，棧幀中一般不會儲存這部分資訊。
方法退出的過程實際上等同於把當前棧幀出棧，因此退出時可能執行的操作有：恢復上層方法的區域性變量表和運算元棧，如果有返回值，則把它壓入呼叫者棧幀的運算元棧中，調整PC計數器的值以指向方法呼叫指令後面的一條指令