JVM之PC寄存器与栈｜Java 开发实战-一一网

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PC寄存器

其中堆区和元数据区或叫方法区（包括CodeCache）是线程共享的，其他区域是线程独占的。

栈主要是运行时的内存，堆是存储时的内存。

概述：PC寄存器是对物理CPU寄存器的一种抽象模拟，主要用来存储指令相关的信息，也就是下一条将要执行的指令的地址，由执行引擎读取下一条指令。不会发生GC和OOM。

作用：记录下一条要执行的字节码指令。是程序流程的指示器，异常处理、线程恢复等操作都要依赖程序计数器来完成。

使用javap -v指令查看字节码文件可以看到具体的指令地址

优势：

多线程执行的环境下，多个线程来回切换CPU执行权，需要记录每个线程的执行行数，方便CPU切换回来时从上一次执行的位置继续执行，基于这种情况，PC寄存器也是线程私有的，防止计数器被其他线程更改。

虚拟机栈

1.概述

每个线程的创建都会有一个虚拟机栈，线程私有。栈里存储的是若干个栈帧，一个栈帧对应一个Java方法。栈的生命周期和线程一致。栈的操作只有两种，方法的执行入栈，执行结束出栈，栈的效率仅次于PC寄存器。不存在GC，存在OOM。

2.作用

负责Java程序的运行，保存方法的局部变量、部分结构，参与方法的调用和返回。

3.栈内存设置

默认情况下栈内存是动态变化的，可以使用参数-Xss设置栈的大小。

4.栈运行的原理

在一个线程中同一个时间点上，只能有一个栈帧在活动，即当前运行的方法对应的栈帧，也是栈的栈顶，如果方法A调用方法B，那么方法A对应的栈帧入栈，接着调用方法B，方法B对应的栈帧入栈，此时方法B就是当前栈帧，方法B结束后正常返回（return指令），虚拟机会丢弃当前栈帧，栈顶的栈帧变为方法A，如果方法B发生异常没有处理，那么当前栈帧会被弹出，异常会被返回给方法A，如果方法A也没有处理，那么弹出当前栈帧。**注意：**不同线程的栈帧不可以互相调用。

5.栈帧内部结构

栈帧主要有下面五个部分组成：

局部变量表：
- 是一个数字数组，主要存储方法参数、方法的局部变量和返回值。
- 局部变了表的大小是在编译器确定的，在方法运行时不会更改。栈帧的大小主要在于局部变量表。
- 局部变量表的基本存储单位是Slot（变量槽），32位以内的类型占用一个Slot，64位类型占用两个Slot（long和double），每一个Slot都有一个索引，指向局部变量表的值，如果一个64位的局部变量，使用前一个Slot索引就可以。如果该方法是由构造方法或实例方法（非static方法）创建的，那么index[0]保存的是this对象。Slot可以重复利用，如果一个变量超过了作用域，那么这个Slot会被下面的变量使用。
- 局部变量表中的变量是重要的垃圾回收根节点，只要局部变量中直接或简介引用的对象都不会被回收。
**操作数栈：**在方法的执行过程中，根据字节码指令向操作数栈中存入（入栈）和提取（出栈）数据。主要存储计算过程中的中间结果和过程中的中间变量，还有返回值。
动态链接：指向运行时常量池的方法引用，动态链接的作用就是将符号引用转换为调用方法的直接引用。
方法返回地址：存储该方法的PC寄存器的值，作用是在方法退出回到该方法被调用的位置。异常返回不会返回任何返回值。
附加信息（可忽略）：对程序调试提高支持信息。

从代码和字节码去观察栈的内部变化

public int getSum(){
    int m = 10;
    int n = 20;
    int k = m + n;
    return k;
}
/**
* 查看字节码
*  0 bipush 10     寄存器记录指针位置 0 - 把10存入操作数栈，bipush表示以byte类型，但还是以int类存储（byte、short、char、boolean：都以int型来保存）
*  2 istore_1      寄存器记录指针位置 2 - 操作数栈出栈，存入局部变量表索引为1的位置，因为方法是非静态的，所以索引0位置存储的this，
*  3 bipush 20
*  5 istore_2
*  6 iload_1       从局部变量表取出索引为1的数据，并且存入操作数栈
*  7 iload_2       同上  此时操作数栈有两个值
*  8 iadd          出栈，iadd指令需要执行引擎翻译为机器指令，然后cpu执行操作，并且把结果存入操作数栈
*  9 istore_3      操作数栈取出栈顶元素，存入局部变量表索引为3
* 10 iload_3       从局部变量表取出索引为3的元素，存入操作数栈
* 11 ireturn       从操作数栈弹出然后返回
*/
复制代码