四、JVM之棧與棧幀

来源:https://www.cnblogs.com/lee0527/archive/2020/01/18/12209860.html

棧: 1、又名堆棧,它是一種運算受限的線性表。其限制是僅允許在表的一端進行插入和刪除運算。這一端被稱為棧頂,相對地,把 另一端稱為棧底。其特性是先進後出。 2、棧是線程私有的,生命周期跟線程相同,當創建一個線程時,同時會創建一個棧,棧的大小和深度都是固定的。 3、 方法參數列表中的變數,方法體中的基 ...


棧:

1、又名堆棧,它是一種運算受限的線性表。其限制是僅允許在表的一端進行插入和刪除運算。這一端被稱為棧頂,相對地,把 另一端稱為棧底。其特性是先進後出。

2、棧是線程私有的,生命周期跟線程相同,當創建一個線程時,同時會創建一個棧,棧的大小和深度都是固定的。

3、方法參數列表中的變數,方法體中的基本數據類型的變數和引用數據類型的引用都存放在棧中,成員變數和對象本身不存放在棧中。運行時,成員函數的局部變數引用也存放在棧中。

4、棧的變數隨著變數作用域的結束而釋放,不需要jvm垃圾回收機制回收。

5、棧不是全局共用的,每個線程創建一個棧,該線程只能訪問其對應的棧數據

6、棧記憶體的大小是在編譯期就確定了的。

棧幀:

1、一個棧中可以有多個棧幀,棧幀隨著方法的調用而創建,隨著方法的結束而消亡。該棧幀中存儲該方法中的變數,原則上各個棧幀之間的數據是不能共用的,但是在方法間調用時,jvm會將一方法的返回值賦值給調用它的棧幀中。每一個方法調用,就是一個壓棧的過程,每個方法的結束就是一個彈棧的過程。壓棧都將會將該棧幀置於棧頂,每個棧不會同時操作多個棧幀,只會操作棧頂,當棧頂操作結束時,會將該棧幀彈出,同時會釋放該棧幀記憶體,其下一個棧幀將變為棧頂。棧記憶體歸屬於單個線程,每個線程都會有一個棧記憶體,其存儲的變數只能在其所屬線程中可見,即棧記憶體可以理解成線程的私有記憶體。

2、棧中的優化,其一是當局部變數賦值時,會在棧空間中找其對應的值,當有該值時,將該值指向變數,當沒有該值時,創建一個該值,然後再指向該變數,例如:int a = 1, int b = 1, b = 2; 其二是棧中的變數隨著方法的調用而創建,當方法執行結束後,jvm會自動釋放記憶體。

棧幀的組成部分:

1、局部變數表:是一組變數值的存儲空間,用呀存放方法參數和局部變數,虛擬機通過索引定位的方式使用局部變數表。

2、操作數棧:常稱為操作數棧,是一個後入先出棧。方法執行中進行算術運算或者是調用其他的方法進行參數傳遞的時候是通過操作數棧進行的。在概念模型中,兩個棧幀是相互獨立的。但是大多數虛擬機的實現都會進行優化,令兩個棧幀出現一部分重疊。令下麵的部分操作數棧與上面的局部變數表重疊在一塊,這樣在方法調用的時候可以共用一部分數據,無需進行額外的參數複製傳遞。

3、動態連接: 在說明什麼是動態連接之前先看看方法的大概調用過程,首先在虛擬機運行的時候,運行時常量池會保存大量的符號引用,這些符號引用可以看成是每個方法的間接引用,如果代表棧幀A的方法想調用代表棧幀B的方法,那麼這個虛擬機的方法調用指令就會以B方法的符號引用作為參數,但是因為符號引用並不是直接指向代表B方法的記憶體位置,所以在調用之前還必須要將符號引用轉換為直接引用,然後通過直接引用才可以訪問到真正的方法,這時候就有一點需要註意,如果符號引用是在類載入階段或者第一次使用的時候轉化為直接應用,那麼這種轉換成為靜態解析,如果是在運行期間轉換為直接引用,那麼這種轉換就成為動態連接

4、方法返回地址:方法的返回分為兩種情況,一種是正常退出,退出後會根據方法的定義來決定是否要傳返回值給上層的調用者,一種是異常導致的方法結束,這種情況是不會傳返回值給上層的調用方法.不過無論是那種方式的方法結束,在退出當前方法時都會跳轉到當前方法被調用的位置,如果方法是正常退出的,則調用者的PC計數器的值就可以作為返回地址,如果是因為異常退出的,則是需要通過異常處理表來確定.在方法的的一次調用就對應著棧幀在虛擬機棧中的一次入棧出棧操作,因此方法退出時可能做的事情包括,恢覆上層方法的局部變數表以及操作數棧,如果有返回值的話,就把返回值壓入到調用者棧幀的操作數棧中,還會把PC計數器的值調整為方法調用入口的下一條指令。

棧的優點:

1、棧幀記憶體數據共用:棧幀之間數據不能共用,但是同一個棧幀內的數據是可以共用的,這樣設計是為了減小記憶體消耗,例如:int a = 1, int b= 1時,前面定義了a=1,a和1都在棧記憶體內,如果再定義一個b=1,此時將b放入棧記憶體,然後查找棧記憶體中是否有1,如果有則b指向1。如果再給b賦值2,則在棧記憶體中查找是否有2,如果沒有就在棧記憶體中放一個2,然後b指向2。也就是如果常量在棧記憶體中,就將變數指向該常量,如果沒有就在該棧記憶體增加一個該常量,並將變數指向該常量。

2、存取速度比堆要快,僅次於寄存器。速度快之一是棧在編譯器就申請好了記憶體空間,所以在運行時不需要申請記憶體大小,節約了時間,其二是棧是機器系統提供的數據結構,電腦會在底層對棧提供支持:分配專門的寄存器存放棧的地址,壓棧出棧都有專門的指令執行,這就決定了棧的效率比較高。其三是訪問時間,訪問堆的一個具體單元,需要兩次訪問記憶體,第一次得取得指針,第二次才是真正得數據,而棧只需訪問一次。

棧的缺點:

存在棧的數據大小和生存期必須是確定的,缺乏靈活性。當棧在運行執行程式時,發現棧記憶體不夠,不會動態的去申請記憶體,以至於導致程式報錯,所以靈活性較差。


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