一、虚拟机栈背景
由于跨平台性，CPU架构也不同，所以不能设计为基于寄存器的，java的指令都是基于栈来设计的。
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。本文主要介绍虚拟机栈相关知识。
二、虚拟机栈
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java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack），早期也叫Java栈。
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每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个的栈帧（Stack Frame），一个栈帧（Stack Frame）对应一个java方法，对应一次次的java方法调用。它是线程私有的。
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虚拟机栈的生命周期和线程是一致的，因为它是随着线程的创建而创建，随着线程的销毁而销毁。
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作用：主管java程序的运行，它保存方法的局部变量（8种基本数据类型、对象的引用地址）、部分结果，并参与方法的调用和返回。
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局部变量：相对于成员变量（或属性），如果是基本数据变量，则在栈中创建，随栈销毁而销毁。对象一般在堆中创建，栈中对象句柄为堆中对象的引用。逃逸分析可在栈中创建对象，后面篇章中介绍。
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基本数据变量： 相对于引用类型变量（类，数组，接口），基本数据变量在栈中创建，随栈销毁而销毁。
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对于栈来说不存在垃圾回收问题。只有在堆中才存在GC，栈可能存在StackOverflow、OOM。
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对于线程来来说，栈帧在虚拟机栈之间是隔离的。
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栈帧中方法的二种结束方式：①正常结束，以return为代表。②方法执行中出现未捕获处理的异常，以抛出异常的方式结束。
三、栈的特点
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栈是一种快速有效的分配存储方式，访问速度仅次于PC寄存器（程序计数器）
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JVM直接对java栈的操作只有两个
- 每个方法执行，伴随着进栈（入栈，压栈）
- 执行结束后的出栈工作
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对于栈来说不存在垃圾回收问题
四、栈和堆区别
- 栈
- 栈是运行时的单位，即：栈解决程序的运行问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据。
- 栈空间存放 基本数据类型的局部变量，以及引用数据类型的对象的引用
- 每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个的栈帧（Stack Frame），对应这个一次次的java方法调用。它是线程私有的，生命周期和线程是一致的.
- 堆
- 堆是存储的单位，即： 堆解决的是数据存储的问题，即数据怎么放、放在哪儿。
- 一般来讲，对象主要都是放在堆空间的，是运行时数据区比较大的一块，它是线程公有的。
五、虚拟机栈中的异常
java虚拟机规范允许Java栈的大小是动态的或者是固定不变的。
- 固定大小：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError异常。
- 动态拓展：如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。
六、虚拟机栈内部结构
- 局部变量表（Local Variables）
- 操作数栈（Operand Stack）(或表达式栈)
- 动态链接（Dynamic Linking）(或执行运行时常量池的方法引用)
- 方法返回地址（Return Adress）（或方法正常退出或者异常退出的定义）
- 附加信息
1、局部变量表-Local Variable
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局部变量表也被称之为局部变量数组或本地变量表
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定义为一个数字数组，主要用于存储方法参数和定义在方法体内的局部变量，这些数据类型包括各类基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float)、对象引用(reference) ，以及returnAddress类型。reference类型表示对一个对象实例的引用。
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由于局部变量表是建立在线程的栈上，是线程的私有数据，因此不存在数据安全问题。
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局部变量表所需的容量大小是在编译期确定下来的，并保存在方法的Code属性的maximum local variables数据项中。 在方法运行期间是不会改变局部变量表的大小的。
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方法嵌套调用的次数由栈的大小决定。一般来说，栈越大，方法嵌套调用次数越多。对一个函数而言，它的参数和局部变量越多，使得局部变量表膨胀,它的栈帧就越大，以满足方法调用所需传递的信息增大的需求。进而函数调用就会占用更多的栈空间，导致其嵌套调用次数就会减少。
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局部变量表中的变量只在当前方法调用中有效。在方法执行时，虚拟机通过使用局部变量表完成参数值到参数变量列表的传递过程。当方法调用结束后，随着方法栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁。
2、操作数栈(或表达式栈)-Operand Stack
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每一个独立的栈帧中除了包含局部变量表以外，还包含一个后进先出(Last-In-First-Out)的操作数栈，也可以称之为表达式栈(Expression Stack) 。
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操作数栈，在方法执行过程中，根据字节码指令，往栈中写入数据或提取数据，即入栈(push)/出栈(pop)。
- 某些字节码指令将值压入操作数栈，其余的字节码指令将操作数取出栈。使用它们后再把结果压入栈。
- 比如:执行复制、交换、求和等操作
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如果被调用的方法带有返回值的话，其返回值将会被压入当前栈帧的操作数栈中，并更新PC寄存器中下一条需要执行的字节码指令。
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操作数栈中元素的数据类型必须与字节码指令的序列严格匹配，这由编译器在编译器期间进行验证，同时在类加载过程中的类检验阶段的数据流分析阶段要再次验证。
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另外，我们说Java虚拟机的解释引擎是基于栈的执行引擎，其中的栈指的就是操作数栈。
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操作数栈，主要用于保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间。
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操作数栈就是JVM执行引擎的一个工作区，当一个方法刚开始执行的时候，一个新的栈帧也会随之被创建出来，这个方法的操作数栈是空的。
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每一个操作数栈都会拥有一个明确的栈深度用于存储数值，其所需的最大深度在编译期就定义好了，保存在方法的Code属性中，为max_stack的值。
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栈中的任何一个元素都是可以任意的Java数据类型。
- 32bit的类型占用一个栈单位深度
- 64bit的类型占用两个栈单位深度
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操作数栈并非采用访问索引的方式来进行数据访问的，而是只能通过标准的入栈(push)和出栈(pop)操作来完成一次数据访问。
3、方法返回地址（或方法正常退出或者异常退出的定义）-Return Adress
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存放调用该方法的pc寄存器的值。
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一个方法的结束，有两种方式:
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- 正常执行完成
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- 出现未处理的异常，非正常退出
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无论通过哪种方式退出，在方法退出后都返回到该方法被调用的位置。方法正常退出时，调用者的pc计数器的值作为返回地址，即调用该方法的指令的下一条指令的地址。而通过异常退出的，返回地址是要通过异常表来确定，栈帧中一般不会保存这部分信息。
参考博客：
本文内容主要参考深入理解JVM（三）一一运行时数据区（虚拟机栈）
