java虛擬機規范-運行時棧幀

前言

java虛擬機是java跨平台的基石，本文的描述以jdk7.0為准，其他版本可能會有一些微調。

引用

• java虛擬機規范
• java虛擬機規范-運行時數據區
• java內存運行時的棧幀結構
• java code to byte code

棧幀

• 每當一個java方法被執行時都會在虛擬機中新創建一個棧幀，方法調用結束后即被銷毀。
• 棧幀存儲空間為虛擬機棧，每一個棧幀都有自己的局部變量表、操作數棧和指向當前方法所屬的類的運行時常量池的引用。
• 在每個線程中，只有目前正在執行的那個方法的棧幀是活動的。這個棧幀就稱為當前棧幀（current frame），這個棧幀對應的方法稱之為當前方法（current method）。定義這個方法的類就稱之為當前類（current class）。對局部變量表和操作數棧的各種操作，通常都指的是對當前棧幀的局部變量表和操作數棧進行的操作。如下圖所示，
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變量

局部變量

• 每一個棧幀包含一組局部變量，這組局部變量中包含了方法運行時所需要的所有的變量（含this引用）、方法參數和其他定義的局部變量。局部變量的類型包括以下幾種：
  • boolean
  • byte
  • char
  • short
  • int
  • float
  • reference
  • returnAddress
  • long
  • double
• 除了long和double外，其他所有的變量在局部變量表中都只占一個槽位（slot），而long和double占2個槽位。
• 特別值得一提的是，當一個實例方法被調用的時候，局部變量表中的第0個局部變量一定是用來存儲被調用的實例方法所在的對象引用。（this關鍵字，可以參考下面示例中的字節碼截圖），后續的其他參數將會傳遞至從1開始的局部變量表位置上。
• 示例：
  • 以下圖中的代碼為例：
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  • 對應的字節碼如下：
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  • 具體的操作流程示意：
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• 釋義：
  • 從上圖中我們可以看出例如int x=12,在jvm中對應着兩個指令
    • bipush 10，bipush指令用於將一個byte作為一個整型數字插入到操作數棧中(oprand stack)，這里將10插入到操作數棧
    • istore_1，istore_1指令（實際上這個應該稱之為操作碼opcode，指令是指操作碼加上操作數oprand）是istore_ 指令組中的一個，用於將一個整型數字存儲到局部變量中, <n>代表的是局部變量表中的存儲位置，同時只能為0，1，2，3；超過3了就只能使用istore指令。
  • 注意，istore_1操作碼和istore 4指令兩者的區別為
    • 前者只是一個操作碼，只占一個單位的長度，后者是操作碼和操作數組合的指令，占2個單位的長度。（注意看Code中每一行指令前面的數字）
• 思考：
  • 看了上圖的字節碼中可能有人會問，為什么還需要istore和iload這兩個指令呢？這是因為棧本身不是用來存儲數據的，而是用局部變量表來存儲。局部變量通過索引尋址。