【LSP】vm之栈、堆

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#楼主# 2020-10-10

1. Java Virtual Machine
​ 人群当中,一位叫java的小伙子正向周围一众人群细数着自己取得的荣耀与辉煌。就在此时,c老头和c++老头缓步走来,看着被众人围住的java,c老头感叹地对着身旁的c++说道:“原以为你就可以挑起我的梁子一直走下去的。”
​ c++笑着回应道:“江山代有才人出,这世界以后总会是90后甚至00后的天下!”
察觉到c和c++的java连忙走出人群,说道:“两位前辈谦虚了,这世界可还离不开两位前辈,我只不过是站在了两位前辈的肩上罢了。”
​ “你这小子可是解决了我们不少的问题啊,像指针、多继承、内存管理......那时,可是有很多程序员对我们抱怨颇深!”c++夸赞道。
​ “还有Java Virtual Machine,真的是一个不错的想法!”一旁的c补充道。
......
Java虚拟机,一直都是都是我们在学习Java的过程中反复提及的一个东西,那么JVM具体是怎样的呢?请看下图:



​ 简单说来,JVM的工作就是通过类加载系统将字节码文件加载到内存当中去,加载到内存当中的数据,就从逻辑上形成了我们看到的图中的运行时数据区(内存模型),

随后执行引擎操作/调度内存模型中数据执行程序。

​ 现在看到内存模型里面的东西,大家是否有些眼熟呢?现在回想起自己面试时,遇到的JVM面试题是不是全是关于内存模型里面的东西。比如:栈、堆、Eden、Survivor、GC等等。

2. 举个小栗子

3. 栈
​ 栈,全称为Java 虚拟机栈,线程私有,生命周期和线程一致。描述的是 Java 方法执行的内存模型:每个方法在执行时都会床创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行结束,就对应着一个栈帧从虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

​ 怎样解释上面的话呢?那就需要开始剥栗子了!刀来(大喝一声)!

​ 当栗子开始执行时,由于只有一个main线程,因而JVM只需要为main线程分配好栈区的内存(话句话说如果有多个线程,自然就会有多个栈区,并且为各自线程私有)。OK! main继续执行,就会遇到main()方法,遇到之后呢!JVM又会在栈区当中再划出一个小块来存放main()方法执行过程的数据,这一小块区域也就是栈帧。main()方法执行过程中又有一个add()方法出现了,同样地,JVM又会再为add()分配一个栈帧,同时压入到栈区,以后再遇到其他方法也是如此。当然,方法在执行完成之后,便会弹出并释放内存,当线程中栈区的所有方法都返回之后,程序也就算是执行完毕了。

​ 那么栈帧又是何许物业?咦,我刀呢?算了,手撕吧。

​ 当我们扯开栈区,撕开栈帧,一不小心,局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口......哗啦啦地散落一地。



​ 捡起add()栈帧的局部变量表和操作数栈就可以看到这样一个画面,在执行栗子中add()方法中的三行代码时,局部变量表和操作数栈的一个变化过程:首先,执行int a = 3;局部变量表中会分配出一个int区域,表示为a;同时iconst命令使得操作数栈中压入了常量3,然后再由istore命令将3弹出,赋值给局部变量表中a。同样,int b = 4; 这一行代码也是如此。然后,int c = a + b;从右往左开始,先执行a + b,也就是iload命令从局部变量中取出a、b对应的值,再将iadd后的值push进操作数栈中,剩下的便是int c = 7的操作了。

​ 通过上面的栗子,就很容易明白;局部变量表,顾名思义就是存放每个方法中的局部变量(即编译器可知的各种基本类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference 类型)和 returnAddress 类型(指向了一条字节码指令的地址))所在处,如图中的a、b。操作数栈,也就是存放的就是方法当中的各种操作数的临时空间,又如栗子中的3、4。

​ 动态链接:Class文件的常量池中存在有大量的符号引用,字节码中的方法调用指令就以指向常量池的引用作为参数,而将部分符号引用在运行期间转化为直接引用,这种转化即为动态链接。这个解释当中会涉及到许多概念,比如常量池、符号引用等,要想理解这些概念,就需要去了解class文件的结构,内容太多就不在这里详细描述了。

​ 方法出口:简单来说,就是用于标记当前方法执行完成之后,应该返回到下一条指令执行位置。比如就上面的栗子而言,add()在执行完毕之后,就应该返回到e1.add()之后继续执行main()后面的代码。

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