做阿里网站,西安黑马程序员培训机构,投诉网站制作,电商网页精品欣赏网站栈 -- 虚拟机栈 简介定义压栈出栈局部变量表操作数栈方法调用特点作用 本地方法栈#xff08;C栈#xff09;定义栈帧变化作用对比 主页传送门#xff1a;#x1f4c0; 传送 简介 栈是用于执行线程的内存区域#xff0c;它包括局部变量和操作数栈。
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Java 虚拟机栈会为每一个即将运行的 Java 方法创建一块叫做“栈帧”的区域用于存放该方法运行过程中的一些信息如
局部变量表操作数栈动态链接方法出口信息…
图示如下 定义 栈stack又名堆栈它是一种运算受限的线性表。限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。这一端被称为栈顶相对地把另一端称为栈底。 栈是主管程序运行、生命周期和线程同步线程结束栈内存就释放了。不存在垃圾回收问题。
压栈出栈 向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈它是把新元素放到栈顶元素的上面使之成为新的栈顶元素。从一个栈删除元素又称作出栈或退栈它是把栈顶元素删除掉使其相邻的元素成为新的栈顶元素。 当方法运行过程中需要创建局部变量时就将局部变量的值存入栈帧中的局部变量表中。 Java 虚拟机栈的栈顶的栈帧是当前正在执行的活动栈也就是当前正在执行的方法PC 寄存器也会指向这个地址。只有这个活动的栈帧的本地变量可以被操作数栈使用当在这个栈帧中调用另一个方法与之对应的栈帧又会被创建新创建的栈帧压入栈顶变为当前的活动栈帧。 方法结束后当前栈帧被移出栈帧的返回值变成新的活动栈帧中操作数栈的一个操作数。如果没有返回值那么新的活动栈帧中操作数栈的操作数没有变化。 由于 Java 虚拟机栈是与线程对应的数据不是线程共享的也就是线程私有的)因此不用关心数据一致性问题也不会存在同步锁的问题。 局部变量表 定义为一个数字数组主要用于存储方法参数、定义在方法体内部的局部变量数据类型包括各类基本数据类型对象引用以及 return address 类型。 局部变量表容量大小是在编译期确定下来的。最基本的存储单元是 slot32 位占用一个 slot64 位类型long 和 double占用两个 slot。 对于 slot 的理解
JVM 虚拟机会为局部变量表中的每个 slot 都分配一个访问索引通过这个索引即可成功访问到局部变量表中指定的局部变量值。如果当前帧是由构造方法或者实例方法创建的那么该对象引用 this会存放在 index 为 0 的 slot 处其余的参数表顺序继续排列。栈帧中的局部变量表中的槽位是可以重复的如果一个局部变量过了其作用域那么其作用域之后申明的新的局部变量就有可能会复用过期局部变量的槽位从而达到节省资源的目的。 在栈帧中与性能调优关系最密切的部分就是局部变量表方法执行时虚拟机使用局部变量表完成方法的传递局部变量表中的变量也是重要的垃圾回收根节点只要被局部变量表中直接或间接引用的对象都不会被回收。
操作数栈 栈顶缓存技术由于操作数是存储在内存中频繁的进行内存读写操作影响执行速度将栈顶元素全部缓存到物理 CPU 的寄存器中以此降低对内存的读写次数提升执行引擎的执行效率。每一个操作数栈会拥有一个明确的栈深度用于存储数值最大深度在编译期就定义好。32bit 类型占用一个栈单位深度64bit 类型占用两个栈单位深度操作数栈。并非采用访问索引方式进行数据访问而是只能通过标准的入栈、出栈操作完成一次数据访问。
方法调用 静态链接当一个字节码文件被装载进 JVM 内部时如果被调用的目标方法在编译期可知且运行时期间保持不变这种情况下降调用方的符号引用转为直接引用的过程称为静态链接。动态链接如果被调用的方法无法在编译期被确定下来只能在运行期将调用的方法的符号引用转为直接引用这种引用转换过程具备动态性因此被称为动态链接。方法绑定 早期绑定被调用的目标方法如果在编译期可知且运行期保持不变。晚期绑定被调用的方法在编译期无法被确定只能够在程序运行期根据实际的类型绑定相关的方法。 非虚方法如果方法在编译期就确定了具体的调用版本则这个版本在运行时是不可变的这样的方法称为非虚方法静态方法。私有方法final 方法实例构造器父类方法都是非虚方法除了这些以外都是虚方法。虚方法表面向对象的编程中会很频繁的使用动态分配如果每次动态分配的过程都要重新在类的方法元数据中搜索合适的目标的话就可能影响到执行效率因此为了提高性能JVM 采用在类的方法区建立一个虚方法表使用索引表来代替查找。 每个类都有一个虚方法表表中存放着各个方法的实际入口。虚方法表会在类加载的链接阶段被创建并开始初始化类的变量初始值准备完成之后JVM 会把该类的方法也初始化完毕。 方法重写的本质 找到操作数栈顶的第一个元素所执行的对象的实际类型记做 C。如果在类型 C 中找到与常量池中描述符和简单名称都相符的方法则进行访问权限校验。如果通过则返回这个方法的直接引用查找过程结束如果不通过则返回 java.lang.IllegalAccessError 异常。否则按照继承关系从下往上依次对 C 的各个父类进行上一步的搜索和验证过程。如果始终没有找到合适的方法则抛出 java.lang.AbstractMethodError 异常。 Java 中任何一个普通方法都具备虚函数的特征运行期确认具备晚期绑定的特点C 中则使用关键字 virtual 来显式定义。如果在 Java 程序中不希望某个方法拥有虚函数的特征则可以使用关键字 final 来标记这个方法。
特点 后进先出运行速度特别快仅仅次于 PC 寄存器。局部变量表随着栈帧的创建而创建它的大小在编译时确定创建时只需分配事先规定的大小即可。在方法运行过程中局部变量表的大小不会发生改变。Java 虚拟机栈会出现两种异常StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError。 StackOverFlowError 若 Java 虚拟机栈的大小不允许动态扩展那么当线程请求栈的深度超过当前 Java 虚拟机栈的最大深度时抛出 StackOverFlowError 异常。OutOfMemoryError 若允许动态扩展那么当线程请求栈时内存用完了无法再动态扩展时抛出 OutOfMemoryError 异常。 Java 虚拟机栈也是线程私有随着线程创建而创建随着线程的结束而销毁。出现 StackOverFlowError 时内存空间可能还有很多。
常见的运行时异常有
NullPointerException - 空指针引用异常ClassCastException - 类型强制转换异IllegalArgumentException - 传递非法参数异常ArithmeticException - 算术运算异常ArrayStoreException - 向数组中存放与声明类型不兼容对象异常IndexOutOfBoundsException - 下标越界异常NegativeArraySizeException - 创建一个大小为负数的数组错误异常NumberFormatException - 数字格式异常SecurityException - 安全异常UnsupportedOperationException - 不支持的操作异常
作用 程序的运行和线程的同步栈用来支持程序的运行存储方法调用和局部变量。数据结构中的深度优先搜索栈在数据结构中有很重要的作用用于保存探索节点的线索比如在图的深度优先搜索中栈用于存储待访问的节点信息。
本地方法栈C栈 本地方法栈Native Method Stack是用于支持Java虚拟机JVM运行时的底层操作系统调用与Java虚拟机的栈很类似。
定义 本地方法栈是为 JVM 运行 Native 方法准备的空间由于很多 Native 方法都是用 C 语言实现的所以它通常又叫 C 栈。它与 Java 虚拟机栈实现的功能类似只不过本地方法栈是描述本地方法运行过程的内存模型。
栈帧变化 本地方法被执行时在本地方法栈也会创建一块栈帧用于存放该方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息等。 方法执行结束后相应的栈帧也会出栈并释放内存空间。也会抛出 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 异常。 如果 Java 虚拟机本身不支持 Native 方法或是本身不依赖于传统栈那么可以不提供本地方法栈。如果支持本地方法栈那么这个栈一般会在线程创建的时候按线程分配。 与Java虚拟机栈相比本地方法栈更加底层允许Java程序调用操作系统底层服务但是也更加危险和不稳定。如果本地方法存在错误或者操作系统底层服务出现问题可能会导致程序崩溃或者出现其他错误
作用 本地方法栈的作用是支持Java程序调用操作系统底层服务例如文件读写、网络通信、系统调用等。通过本地方法Java程序可以访问操作系统的API实现更加灵活和高效的功能。
对比 本地方法栈Native Method Stack和虚拟机栈Virtual Machine Stack的异同点
相似点 两者都与程序的执行过程和函数调用有关用于管理函数的调用和返回。
不同点 定义 本地方法栈 用于支持本地方法Native Method的执行本地方法指的是使用本地代码语言如C、C编写的方法通过本地接口JNI在Java程序中调用。本地方法栈是在执行本地方法时使用的栈空间。虚拟机栈 用于支持Java程序的执行存储Java方法的调用和局部变量等信息。虚拟机栈是Java虚拟机运行时的一部分。 内容 本地方法栈 主要用于管理本地方法的调用和返回存储本地方法的局部变量和参数等信息。虚拟机栈 存储Java方法的调用信息包括方法的参数、局部变量、返回值等。每个线程都有一个独立的虚拟机栈。 语言关联 本地方法栈 主要与使用本地代码编写的方法通常是C、C等有关与Java之外的代码有交互。虚拟机栈 主要与Java程序的执行有关用于管理Java方法的调用和返回。 内存分配 本地方法栈 通常由操作系统分配内存。虚拟机栈 Java虚拟机根据程序的需求进行内存分配。 异常处理 本地方法栈 对本地方法栈的异常处理由本地方法库负责可能和语言无关。虚拟机栈 对虚拟机栈的异常处理通常由编程语言和虚拟机规范决定。
名称作用调用关联语言内存分配本地方法栈用于支持线程运行的栈结构支持本地方法的调用使用本地代码编写的方法通常是C、C等由操作系统分配虚拟机栈用于支持线程运行的栈结构支持Java方法的调用Java程序的执行有关根据程序的需求分配 如果喜欢的话欢迎 关注 点赞 评论 收藏 一起讨论你的支持就是我✍️创作的动力
