JVM学习笔记之栈区

JVM学习笔记之栈区

本文主要内容：

栈是什么？栈帧又是什么？在JVM中，main方法调用say方法后，是怎么运行的？本文将详细讲解栈。希望大家学了之后，对栈有更深的了解。

心法：在JVM中，栈管运行，堆管存储。

栈数据结构特点：先进后出。生活中常见的case就是弹夹。最后一个压进弹夹的子弹，最先出弹夹。

Stack栈：

栈也叫栈内存，主管Java程序的运行，是在线程创建时创建，它的生命周期跟随线程的生命周期，线程结束，栈内存也就被释放了。对于栈来说，不存在垃圾回收问题，只要是线程一结束，该栈就over了。生命周期和线程一直的，是线程私有的。

8中基本类型的变量+对象的引用变量+实例方法都是在函数的栈内存中分配的。

栈中存储的是什么？

在了解栈之前，先来了解另一个概念：栈帧。

栈帧

栈帧(Stack Frame)：用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构。它是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈的栈元素。

栈帧存储了方法的局部变量表、操作数栈、动态连接和方法返回地址等信息。每个方法从调用开始至执行完成的过程，都对应这一个栈帧在虚拟机栈里面从入栈到出栈的过程。

额，什么叭叭叭的，说的什么意思呢？简单如下：

栈帧中主要保存3类数据：

本地变量(Local variables)：输入参数和输出参数以及方法内的变量；

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如上图中的 int x，int y就是输入参数

Int result就是输出参数。

其中的X、Y、result都是方法内的变量

栈操作(Operand Stack)：记录出栈、入栈的操作；

栈帧数据(fram Date)：包括类文件、方法等等。

栈运行的原理：

栈中的数据都是以栈帧的格式存在，栈帧是一个内存区块，是一个数据集，是一个有关方法(Method)和运行期，数据的数据集。

当一个方法A被调用的时候，就产生了一个栈帧F1，并被压到栈中；

A方法调用了B方法，于是产生了栈帧F2也被压入栈中；

B方法又调用了C方法，于是产生栈帧F3，也被压入到栈中；

依次类推。

当执行完毕后，先弹出F3栈帧，在弹出F2栈帧，在弹出F1栈帧。依次类推。

遵循”先进后出/后进先出”的原则。

代码演示：

写个main函数，在main方法中，调用say方法。然后查看输出结果。

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运行结果：

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当程序运行到3行的时候，调用了主线程main函数，这个时候产生了栈帧F1,被压入栈，代码继续向下走；

当代码执行到第5行的时候，调用了say方法，这个时候产生了栈帧F2，发现后面还有代码需要执行，F2就被压入栈；

当执行第10行的时候，say方法调用了showCode方法，这个时候就产生了F3。进入方法showCode方法后，后面还有代码，F3压栈，继续执行。

当执行到第17行的时候，发现没有需要执行的了。F3就从栈里面被弹出栈了；

接着回到say方法里面，继续执行，程序走到第12行的时候，发现say方法执行完成了，于是F2就被弹出栈了；

程序回到main方法中，也就是该执行第6行了，执行完第6行，当到底7行的时候，发现主函数也执行了了，于是F1就被弹出栈了；

整个线程执行完成，栈区被清空。程序结束。如下图：

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一个线程中的方法调用链可能会很长，很多方法都同时处于执行状态。对于执行引擎来说，在活动线程中(争抢到CPU执行权的)，只有位于栈顶的栈帧才是有效的，成为当前栈帧(Current Stack Frame)，与这个栈帧相关联的方法称为当前方法(Current Method)。执行引擎运行的所有字节码指令都是只针对于当前栈帧进行操作的。

栈帧概念模型如下图：

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需要说明的是：每个方法执行的同时都会创建一个栈帧，用于存放局部变量表、操作数栈、动态连接、方法返回等等数据。每个方法从被调用至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈和出栈的过程。栈的大小和具体JVM的实现有关，通常在256K~756K之间,约等于1Mb左右。

栈+堆+方法区的交互关系

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HotSpot是使用指针的方法来访问对象的：

Java堆中会存放访问类元数据的地址，reference存放的就直接是对象的地址。