JVM程序计数器&虚拟机栈&本地方法栈

运行时数据区

运行时数据区

每个线程：独立包括程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈

线程间共享：堆、本地方法区（或称堆外内存）

程序计数器（PC寄存器）

作用：用来存储指向下一条指令的地址，也就是即将要执行的指令代码，由执行引擎读取下一条指令

特点：即没有GC（GarbageCollection），也不会OOM（OutOfMemory）

使用PC寄存器存储字节码指令地址的作用？

因为CPU需要不停的切换各个线程，这时候切换回来以后，需要知道从哪开始继续执行。

JVM的字节码解释器（执行引擎）就需要通过改变PC寄存器的值来确定下一条应该执行什么样的字节码指令。

PC寄存器为什么会被设定为线程私有？

为了能够准确记录各个线程正在执行的当前字节码指令地址，最好的办法是为每一个线程都分配一个PC寄存器，这样各个线程之间便可以独立计算，从而不会出现相互干扰的情况。

由于CPU时间片轮限制，众多线程在并发执行过程中，任何一个确定的时刻，一个CPU或一个内核，只会执行某个线程中的一条指令

如何保证分毫不差？

每个线程在创建后，都会产生自己的PC寄存器和栈帧，PC寄存器在各个线程之间互不影响

虚拟机栈

内存中的栈和堆

栈是运行时的单位，而堆是存储的单位

To be specific，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。堆解决的是数据存储的问题，即数据怎么放，放在哪儿

Java虚拟机栈

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（栈中存储数据的单位），对应着一次次Java方法的调用

是线程私有的
生命周期和线程一致
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

特点

栈是一种快速有效的分配存储方式，访问速度仅次于程序计数器
每个方法的执行，伴随着入栈、出栈操作
对于栈来说不存在垃圾回收问题（GC），但是存在OOM的问题

问题

1.开发中遇到的异常有哪些？

Java虚拟机规范允许Java栈的大小是固定不变的或者是动态的。

固定大小：超过容量，抛出StackOverFlowError异常
- 设置栈的大小：-Xss1m
动态：在尝试拓展的时候无法申请到足够的内存，抛出OutOfMemoryError的异常

栈的存储单位

每个线程都有自己的栈，栈中的数据都是以栈帧的格式存在
在这个线程上正在执行的每个方法都各自对应一个栈帧（Stack Frame）
栈帧是一个内存区块，是一个数据集，维系着方法执行过程中的各种数据信息

栈的执行原理

在一条活动线程中，一个时间点上，只会有一个活动的栈帧，即只有当前正在执行的方法的栈帧是有效的，这个栈帧被称为“当前栈帧”，与当前栈帧对应的方法就是“当前方法”，定义这个方法的类就是“当前类”
执行引擎运行的所有字节码指令只针对当前栈帧进行操作
如果该方法中调用了其他方法，对应的新的栈帧会被创建出来，放在栈的顶端，成为新的当前帧

栈帧的内部结构

五部分：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址、一些附加信息

局部变量表

最基本的存储单元是Slot（变量槽）。32位以内的类型只占用一个slot（包括returnAddress类型），64位的类型（long和double）占用两个slot
定义为一个数字数组（index由0到-1），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、对象引用、returnAddress类型
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
局部变量表所需的容量大小是编译期确定下来的，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
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将会放在index为0的slot处，其余的参数按照参数表顺序继续排列

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。我们说Iava虚拟机的解释引擎是基于栈的执行引擎，其中的栈就是操作数栈

主要用于保存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
数组实现。每一个操作数栈都会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

动态链接

指向运行时常量池的方法引用

静态链接vs动态链接

静态链接（早期绑定）：被调用的方法在编译期可知
动态链接（晚期绑定）：被调用的方法在编译期无法确定

动态类型语言：判断变量值的类型信息，变量没有类型信息，变量值才有类型信息

JS：var name = ‘hello’;

Python：info = 12.1

静态类型语言：

Java：String name = “world”;

方法返回地址

存放调用该方法的pc寄存器的值（方法A调用方法B，当方法B执行完出栈，根据引用继续执行方法A）

一些附加信息

例如，对程序调试提供支持的信息

本地方法（Native Method）

定义：该方法的实现由非Java语言实现，用native关键字修饰

作用：融合不同的编程语言为Java所用，它的初衷是融合C/C++程序

本地方法栈（Native Method Stack）

Java虚拟机栈用于管理Java方法的调用，而本地方法栈用于管理本地方法的调用
允许被实现成固定或者是可动态拓展的内存大小
本地方法栈中登记本地方法，在执行引擎执行时加载本地方法库
在Hotspot JVM中，直接将本地方法栈和虚拟机栈合二为一