关于栈的存储结构与运行原理分析

关于虚拟机栈出现的背景

由于对于不同的处理器（ARM/X86）内部的寄存器的设计架构是不同的，Java 语言为了实现 “Write once Run everywhere” 的口号，内部的指令都是通过栈来实现的。

栈是程序的运行时的单位，而对于堆更像是数据的存储单位。

栈：程序运行时调用的各种功能性的方法处理解决数据问题

堆：用于存放数据，比如创建的对象，静态的变量

关于程序的方法的栈帧解读

创建一个类如下代码所示:

public class MyStackTest {
    public static void main(String[] args) {
        int number = 10;
        double num = 20.0d;
        Date date = new Date();
        System.out.println("Hello World!!!");
    }
}

通过 jcalsslib 工具查看编译过的 class 文件

对于当前的 MyStackTest.class 类文件中在方法中可以看到有两个文件与 main ，init 是构造器，main对应的是 main 方法

关于方法

无参构造方法

有参构造方法

有参有返回值的静态方法

有参无返回值的非静态方法

main方法解析

对于 main 方法

名称：地址索引为 #18 方法名

该名来自于

描述符：地址索引为 #19 形参为 java.lang.String 包路径下的 L (引用数据类型) 为 [(数组) String 返回值类型 V（void）

访问标志：[public static]

操作数栈最大深度：2 （与数据的类型有关是固定的 32bit的类型占用一个栈单位 64bit的类型占用两个栈单位）

局部变量最大槽数： 5 （局部变量的个数，一个局部变量占用栈帧的一个槽位）

字节码长度：表示字节码所占用的行数

比如该类中的 main 占用 25 行

 0 bipush 10
 2 istore_1
 3 ldc2_w #2 <20.0>
 6 dstore_2
 7 new #4 <java/util/Date>
10 dup
11 invokespecial #5 <java/util/Date.<init> : ()V>
14 astore 4
16 getstatic #6 <java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;>
19 ldc #7 <Hello World!!!>
21 invokevirtual #8 <java/io/PrintStream.println : (Ljava/lang/String;)V>
24 return

第一部分：

[0]LineNumberTable

Nr. 表示局部变量的所占槽位置

起始PC 字节码所在行号

行号在源代码中的行号

第二部分：

[1] LocalVariableTable

Nr. 表示局部变量的所占槽位

起始PC 字节码所在行号该局部变量的起始作用位置

长度 25 + 0 = 25 （表示整个该方法的整个字节码的长度）该字节码的结束作用位置

序号字节码

名字局部变量

起始PC + 长度 = 局部变量的作用域范围

槽一个局部变量占用一个槽位局部变量表实际上在我们的内存结构上是以数组的形式进行存储的

局部变量的重复利用

public class MyStackTest {

    public void test() {
        int i = 0;
        {
            int b = 0;
            b = i + 1;
        }
        int c = 0;
        c = i + 1;
    }
}

可以看到代码块中的变量 b 的起始PC为 4 结束长度为 4 整个作用域的大小为 8

可以看到在本地变量表中，有四个局部变量，分别是内部代码块中的 b , 非静态方法局部变量 this 以及其他两个定义变量 i 与 c ，但是 test 方法的局部变量的最大槽数却是 3 也就是说给 test 方法所在栈帧中分配了 3 个局部变量的空间，这与本地局部变量表展现出来的结果出现了歧义。

那么为什么会出现这样的问题呢？

这是因为内部代码块中代码作用域只是作用与代码块的内部，只是在编译期间起到作用，所以为了节省栈内空间就未给栈帧中局部变量分配槽位。

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