深入Java核心：JVM中的棧和局部變量
Java開發(fā)中，每當我們在程序中使用new生成一個對象，對象的引用存放在棧里，而對象是存放在堆里的。可以看出棧在Java核心的重要位置。今天我們就繼續(xù)深入Java核心這個系列，為您介紹Java中的棧、局部變量及其之間的關系。
深入Java核心：Java內存分配原理精講 探秘Java垃圾回收機制 Java中多態(tài)的實現(xiàn)機制
Java中的棧
每當啟用一個線程時，JVM就為他分配一個Java棧，棧是以幀為單位保存當前線程的運行狀態(tài)。某個線程正在執(zhí)行的方法稱為當前方法，當前方法使用的棧幀稱為當前幀，當前方法所屬的類稱為當前類，當前類的常量池稱為當前常量池。當線程執(zhí)行一個方法時，它會跟蹤當前常量池。
每當線程調用一個Java方法時，JVM就會在該線程對應的棧中壓入一個幀，這個幀自然就成了當前幀。當執(zhí)行這個方法時，它使用這個幀來存儲參數(shù)、局部變量、中間運算結果等等。
Java棧上的所有數(shù)據(jù)都是私有的。任何線程都不能訪問另一個線程的棧數(shù)據(jù)。所以我們不用考慮多線程情況下棧數(shù)據(jù)訪問同步的情況。
像方法區(qū)和堆一樣，Java棧和幀在內存中也不必是連續(xù)的,幀可以分布在連續(xù)的棧里，也可以分布在堆里
Java棧的組成元素——棧幀
棧幀由三部分組成：局部變量區(qū)、操作數(shù)棧、幀數(shù)據(jù)區(qū)。局部變量區(qū)和操作數(shù)棧的大小要視對應的方法而定，他們是按字長計算的。但調用一個方法時，它從類型信息中得到此方法局部變量區(qū)和操作數(shù)棧大小，并據(jù)此分配棧內存，然后壓入Java棧。
局部變量區(qū) 局部變量區(qū)被組織為以一個字長為單位、從0開始計數(shù)的數(shù)組，類型為short、byte和char的值在存入數(shù)組前要被轉換成int值，而long和double在數(shù)組中占據(jù)連續(xù)的兩項，在訪問局部變量中的long或double時，只需取出連續(xù)兩項的***項的索引值即可,如某個long值在局部變量區(qū)中占據(jù)的索引時3、4項，取值時，指令只需取索引為3的long值即可。
下面就看個例子，好讓大家對局部變量區(qū)有更深刻的認識。這個圖來自《深入JVM》：
- public static int runClassMethod(int i,long l,float f,double d,Object o,byte b) {
- return 0;
- }
- public int runInstanceMethod(char c,double d,short s,boolean b) {
- return 0;
- }
上面代碼片的方法參數(shù)和局部變量在局部變量區(qū)中的存儲結構如下圖：
上面這個圖沒什么好說的，大家看看就會懂。但是，在這個圖里，有一點需要注意：
runInstanceMethod的局部變量區(qū)***項是個reference（引用），它指定的就是對象本身的引用，也就是我們常用的this,但是在runClassMethod方法中，沒這個引用，那是因為runClassMethod是個靜態(tài)方法。#p#
操作數(shù)棧和局部變量區(qū)一樣，操作數(shù)棧也被組織成一個以字長為單位的數(shù)組。但和前者不同的是，它不是通過索引來訪問的，而是通過入棧和出棧來訪問的。可把操作數(shù)棧理解為存儲計算時，臨時數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域。下面我們通過一段簡短的程序片段外加一幅圖片來了解下操作數(shù)棧的作用。
int a = 100;
int b = 98;
int c = a+b;
從圖中可以得出：操作數(shù)棧其實就是個臨時數(shù)據(jù)存儲區(qū)域，它是通過入棧和出棧來進行操作的。
幀數(shù)據(jù)區(qū)除了局部變量區(qū)和操作數(shù)棧外，Java棧幀還需要一些數(shù)據(jù)來支持常量池解析、正常方法返回以及異常派發(fā)機制。這些數(shù)據(jù)都保存在Java棧幀的幀數(shù)據(jù)區(qū)中。
當JVM執(zhí)行到需要常量池數(shù)據(jù)的指令時，它都會通過幀數(shù)據(jù)區(qū)中指向常量池的指針來訪問它。
除了處理常量池解析外，幀里的數(shù)據(jù)還要處理Java方法的正常結束和異常終止。如果是通過return正常結束，則當前棧幀從Java棧中彈出，恢復發(fā)起調用的方法的棧。如果方法又返回值，JVM會把返回值壓入到發(fā)起調用方法的操作數(shù)棧。
為了處理Java方法中的異常情況，幀數(shù)據(jù)區(qū)還必須保存一個對此方法異常引用表的引用。當異常拋出時，JVM給catch塊中的代碼。如果沒發(fā)現(xiàn)，方法立即終止，然后JVM用幀區(qū)數(shù)據(jù)的信息恢復發(fā)起調用的方法的幀。然后再發(fā)起調用方法的上下文重新拋出同樣的異常。
棧的整個結構
在前面就描述過：棧是由棧幀組成，每當線程調用一個Java方法時，JVM就會在該線程對應的棧中壓入一個幀，而幀是由局部變量區(qū)、操作數(shù)棧和幀數(shù)據(jù)區(qū)組成。那在一個代碼塊中，棧到底是什么形式呢？下面是我從《深入JVM》中摘抄的一個例子，大家可以看看：
代碼片段：
執(zhí)行過程中的三個快照：
上面所給的圖，只想說明兩件事情，我們也可用此來理解Java中的棧：
1、只有在調用一個方法時，才為當前棧分配一個幀，然后將該幀壓入棧。
2、幀中存儲了對應方法的局部數(shù)據(jù)，方法執(zhí)行完，對應的幀則從棧中彈出，并把返回結果存儲在調用方法的幀的操作數(shù)棧中。
