jvm深入研究文档--程序执行专业户-虚拟机栈--jvm底层探索（2）

阿丹：

JVM的内存分区包括以下几个部分：

堆区（Heap） - 这是JVM的主要部分，用于存储实例对象和大多数Java对象，如数组和用户定义的类。

方法区（Method Area） - 这是线程私有的，用于存放类对象（加载好的类）。

栈区（Stack） - 这是线程私有的，包括虚拟机栈和本地方法栈。虚拟机栈用于保存调用关系的内存空间，而本地方法栈用于存放本地方法之间的调用关系（本地方法指的是JVM内部使用C++写的代码）。

程序计数器（Program Counter Register）- 这是线程私有的，放的是下一个要执行的指令的地址。

以下是学习JVM底层的大纲路径：

首先了解Java程序的执行过程，以及JVM的工作原理。

深入了解JVM的内存划分和内存管理，包括堆、栈和方法区的概念和作用。

掌握Java对象的创建和销毁过程，以及对象的内存布局和访问方式。

了解JVM的垃圾回收机制和内存分配机制，包括引用计数法、可达性分析法等垃圾回收算法。

掌握JVM的线程管理、线程同步和锁机制。

学习JVM的类加载机制和字节码解析，以及JVM的内部结构和工作原理。

掌握一些常用的JVM参数和监控工具，以便更好地管理和调优JVM。

以上是学习JVM底层的基础大纲路径，需要掌握的基础知识比较多，但只有系统地学习这些知识，才能更好地理解和应用Java语言和JVM。

在学习前一定要管理好自己的学习大纲来有计划系统化的学习以及形成足够完善的知识网络。

虚拟机栈！是什么？

虚拟机栈是Java虚拟机（JVM）中的一种组件，是线程私有的。每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存着一个个的栈帧（Stack Frame），对应着一次次的Java方法调用。

虚拟机栈是描述Java方法执行的线程内存模型，它保存方法的局部变量（包括8种基本数据类型、对象的引用地址等）、部分结果，并参与方法的调用和返回。在方法执行过程中，每当发生方法调用时，JVM就会将新的栈帧压入虚拟机栈的顶部，并开始执行新的方法，而当方法执行完毕后，对应的栈帧会被从虚拟机栈中弹出，控制权会返回到调用方法的栈帧上。

虚拟机栈的出现是由于跨平台性的设计，Java的指令都是根据栈来设计的。由于不同平台CPU架构不同，因此不能设计为基于寄存器的。使用虚拟机栈的优点是跨平台，指令集小，编译器容易实现，缺点是性能下降，实现同样的功能需要更多的指令。

虚拟机栈！中包含什么？

虚拟机栈是Java虚拟机中的一个组件，是线程私有的。每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存着一个个的栈帧（Stack Frame），对应着一次次的Java方法调用。

虚拟机栈中包含以下几部分：

1. 局部变量表：用于存储方法执行过程中的局部变量，也称为局部变量数组或本地变量表。
2. 操作数栈：用于存储方法执行时的操作数，当一个方法被调用时，它的参数被压入操作数栈中，方法内部的操作数也会被压入操作数栈中。
3. 动态链接：在方法调用时，将方法所在的类和方法的字节码在运行时动态链接起来的过程。
4. 方法返回地址：在方法调用时，JVM会将调用者的返回地址存储在虚拟机栈中。

虚拟机栈！要干什么？用来解决什么？

虚拟机栈是Java虚拟机中的一部分，它的主要作用是用于描述Java方法执行的线程内存模型。具体来说，虚拟机栈用于存储Java应用程序中每个被调用的方法的局部变量表、操作数栈、动态链接和方法返回地址等信息。

这些信息对于Java程序的执行非常重要。例如，局部变量表存储了方法执行过程中的局部变量，操作数栈用于保存操作数，动态链接用于在方法调用时将方法的字节码动态链接到调用者所在的类和方法上，而方法返回地址则用于保存方法执行完成后的返回值。

虚拟机栈的出现主要是为了解决跨平台性的问题。因为不同平台的CPU架构不同，所以不能设计为基于寄存器的，而使用虚拟机栈可以使得Java程序更容易实现跨平台，指令集更小，编译器更容易实现。但是，这种设计也会导致性能下降，实现同样的功能需要更多的指令。

虚拟机栈！为什么？怎么做的？

用于解决Java程序在跨平台运行时的问题。由于不同平台的CPU架构不同，因此不能设计为基于寄存器的，这会导致Java程序难以在不同平台上运行。

虚拟机栈的设计使得Java程序可以在任何平台上运行，因为JVM会负责将Java字节码解释成具体平台的机器指令执行。此外，JVM还会进行安全检查，确保Java程序的安全性。

每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存着一个个的栈帧，对应着一次次的Java方法调用。当一个方法被调用时，JVM会将新栈帧压入虚拟机栈的顶部，并开始执行该方法。在方法执行过程中，局部变量表用于存储局部变量，操作数栈用于保存计算结果和中间表达式，帧数据区用于存储一些额外的信息，例如异常处理和同步等。

当方法执行完毕后，对应的栈帧会被从虚拟机栈中弹出，控制权会返回到调用方法的栈帧上。如果方法调用产生了异常，那么对应的栈帧可能会被提前弹出。

虚拟机栈！底层原理是什么？

虚拟机栈是Java虚拟机中的组件之一，是线程私有的，用于描述Java方法执行的线程内存模型。虚拟机栈的底层原理可以简要概括为以下几个部分：

1. 每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存着一个个的栈帧，对应着一次次的Java方法调用。
2. 当一个方法被调用时，JVM会将新栈帧压入虚拟机栈的顶部，并开始执行该方法。在方法执行过程中，局部变量表用于存储局部变量，操作数栈用于保存计算结果和中间表达式，帧数据区用于存储一些额外的信息，例如异常处理和同步等。
3. 当方法执行完毕后，对应的栈帧会被从虚拟机栈中弹出，控制权会返回到调用方法的栈帧上。如果方法调用产生了异常，那么对应的栈帧可能会被提前弹出。

值得注意的是，在HotSpot JVM中，设计者们提出了一种名为"栈顶缓存"（Tos，Top-of-Stack Cashing）的技术，将栈顶元素全部缓存在物理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。这也是虚拟机栈底层原理的一种优化方式。

虚拟机栈中的区域：

阿丹八股文：

如果你只是应付面试的话，请熟记下面的概念即可

栈是线程私有的，栈的最小单位是栈帧。栈帧中包含：局部变量表，操作数栈，动态连接，方法出口。

但是略知一二不是阿丹的风格！！！

我们来详解几个问题：

为什么要有栈帧？

在JVM中，栈帧（Stack Frame）是用于支持方法调用和方法执行的重要数据结构。以下是栈帧的主要作用：

1. 存储局部变量：每个方法被调用时，都会在栈帧中为其分配一块空间，用于存储该方法的局部变量表。这些变量包括方法参数、内部变量等。
2. 保存操作数栈：操作数栈是用于保存计算过程中的中间结果的栈结构。当一个方法被调用时，会在栈帧中为其分配一个操作数栈，用于存储该方法的计算过程。
3. 实现动态链接：栈帧中包含动态链接信息，可以用于在运行时确定需要调用的方法，以及与该方法相关的异常处理等信息。
4. 记录返回地址：当一个方法被调用时，会在栈帧中记录该方法的返回地址。当方法执行完毕或发生异常需要返回时，JVM会根据栈帧中的返回地址将控制流返回给调用者。

通过使用栈帧，JVM可以在内存中组织和管理程序的方法调用链，以及每个方法执行所需的数据和资源。这样，JVM可以高效地执行代码，并支持多线程环境下的并发执行。

其实主要是使用了栈作为数据结构进行设计的

因为栈的特性为先进后出，并且在计算的栈计算的时候需要保存在本次操作之前的数据以及之前的路径方法等符合栈的原理所以所以jvm设计使用了栈来管理。

这样方便我们寻找和读取上一次的路径，既不会丢失当前位置，也保证了内存空间的及时利用。

所以jvm就用方法作为最基本的执行单位：

每一个方法就对应一个栈帧，用于让虚拟机实现方法的调用。

栈帧内部结构？

| 局部变量表 | 数组结构 存放基本类型，引用类型在堆中的地址，或者是方法的返回地址等 |
| 操作数栈 | 栈结构 存放计算过程中的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间 |
| 动态链接 | 一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用 |

方法出口	记录方法结束后，继续运行下一个栈帧对应的那个方法哪行代码

本系列后面的文章会去查看底层代码来整理一下，在底层到底是如何运行的。