JVM之程序计数器和栈

拼搏现实的明天。 2023-10-15 14:05 43阅读 0赞

Java虚拟机（JVM）是运行Java程序的关键组件，它负责将Java源代码转换为可执行的字节码，并在运行时管理内存、执行程序等。在JVM的内部，有许多重要的组成部分，如下图：

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**1. JVM程序计数器**

程序计数器是JVM中的一块重要内存区域，它在JVM中被用来追踪正在执行的指令的位置。每个线程都有一个独立的程序计数器，用于存储当前线程执行的字节码指令的地址。程序计数器的工作方式类似于一个指针，它指向当前需要执行的指令。

1.1 线程独立性

每个线程都有自己的程序计数器，这使得线程能够独立地执行不同的指令。当线程切换发生时，程序计数器会被恢复到新线程的上下文，从而确保每个线程都能够继续执行正确的指令序列。

1.2 方法调用与跳转

程序计数器在方法调用和跳转时起着重要作用。当一个方法被调用时，程序计数器会记录下一条需要执行的指令地址。在方法返回时，程序计数器将恢复到方法调用之前的地址，从而继续执行原来的代码。

1.3 异常处理

程序计数器还在异常处理中扮演关键角色。当抛出异常时，JVM会根据异常处理表来找到相应的异常处理代码，并将程序计数器设置为异常处理代码的地址，从而确保程序能够正确地处理异常情况。

**2. JVM栈**

JVM栈是每个线程私有的内存区域，用于存储方法调用的局部变量、操作数栈、动态链接信息以及方法返回时的相关信息。每个方法在执行时都会在栈上创建一个栈帧（Stack Frame），栈帧包含了方法的参数、局部变量以及操作数栈等信息。

**2.1 栈帧的结构**

一个典型的栈帧包括以下几个重要部分：

2.1.1 局部变量表

局部变量表用于存储方法中的局部变量，包括方法的参数和在方法内部定义的局部变量。局部变量表的每个槽位可以存储一个数据项，可以是基本数据类型或对象引用。

2.1.2 操作数栈

操作数栈用于执行方法中的操作，例如算术运算和方法调用。操作数栈的操作是基于后进先出（LIFO）的原则，它提供了临时存储和操作数据的能力。

2.1.3 动态链接

动态链接是指方法调用的链接过程，它在编译时无法确定方法的准确位置，需要在运行时通过动态链接来解析方法调用。

2.1.4 方法返回地址

方法返回地址用于在方法执行完毕后恢复执行的位置。无论是正常返回还是异常返回，都需要使用方法返回地址来继续执行。

注意：在JVM中每个线程都会存在一个JVM栈，如果方法内的引用类型的局部变量没有逃离方法的作用访问范围，则是线程安全的，否则存在线程安全的风险。

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