java运行内存配置时常量池存哪个内存

类和对象运行时在内存里是怎么样的?各种变量、方法在运行时是怎么交互的? - 简书
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类和对象运行时在内存里是怎么样的?各种变量、方法在运行时是怎么交互的?
在回答这个问题之前先了解一下Java的一些基础知识。我们知道Java程序运行在虚拟机环境里,那我们先看一下虚拟机的大致内存结构。如下图所示,虚线框为整个虚拟机内存区域,其中有颜色的区域为Java程序所占的内存区域。
图中可见Java程序所占的内存区域可划分成5个部分:程序计数器、虚拟机栈(线程栈)、本地方法栈、堆(heap)和方法区(内含常量池)。其中方法区和堆由所有线程共享。这5个区域作用和功能分别如下:
程序计数器:它类似CPU寄存器中的PC寄存器,用于存放指令地址。因为Java虚拟机是多线程的,所以每一个线程都有一个独立的程序计数器结构,它与线程共存亡。不过Java虚拟机中的程序计数器指向的是正在执行的字节码地址,而CPU的PC寄存器指向的是下一条指令的地址。当线程去执行Native方法时,程序计数器则为Undefined。虚拟机栈(线程栈):一个线程一个栈,并且生命周期与线程相同。它内部由一个个栈帧构成,一个栈帧代表一个调用的方法,线程在每次方法调用执行时创建一个栈帧然后压栈,栈帧用于存放局部变量、操作数、动态链接、方法出口等信息。方法执行完成后对应的栈帧出栈。我们平时说的栈内存就是指这个栈。一个线程中的方法可能还会调用其他方法,这样就会构成方法调用链,而且这个链可能会很长,而且每个线程都有方法处于执行状态。对于执行引擎来说,只有活动线程栈顶的栈帧才是有效的,称为当前栈帧(Current Stack Frame),这个栈帧关联的方法称为当前方法(Current Method)。栈帧的大致结构如下图所示:
每一个栈帧的结构都包括了局部变量表、操作数栈、方法返回地址和一些额外的附加信息。某个方法的栈帧需要多大的局部变量表、多深的操作数栈都在编译程序时完全确定了,并且写入到类方法表的相应属性中了,因此某个方法的栈帧需要分配多少内存,不会受到程序运行期变量数据变化的影响,而仅仅取决于具体虚拟机的实现。栈帧结构各部分功能:局部变量区域:存储方法的局部变量和参数,存储单位以slot(4 byte)为最小单位。局部变量存放的数据类型有:基本数据类型、对象引用和return address(指向一条字节码指令的地址)。其中64位长度的long和double类型的变量会占用2个slot,其它数据类型只占用1个slot。类的静态方法和对象的实例方法被调用时,各自栈帧对应的局部变量结构基本类似。但有以下如图示区别:实例方法中第一个位置存放的是它所属对象的引用。而静态方法则没有对象的引用。另外静态方法里所操作的静态变量存放在方法区。
void test(Object object)
Boolean b=
static void test1(int i ,Object object,boolean b)
关于局部变量,还有一点需要强调,就是局部变量不像类的实例变量那样会有默认初始化值。所以局部变量需要手工初始化,如果一个局部变量定义了但没有赋初始值是不能使用的。操作数栈 所谓操作数是指那些被指令操作的数据。当需要对参数操作时如c=a+b,就将即将被操作的参数数据压栈,如将a 和b 压栈,然后由操作指令将它们弹出,并执行操作。虚拟机将操作数栈作为工作区。Java虚拟机没有寄存器,所有参数传递、值返回都是使用操作数栈来完成的。Java虚拟机的解释执行引擎称为“基于栈的执行引擎”,其中所指的“栈”就是操作数栈。例如下面这段代码:
public static int add(int a,int b){
add(25,23);
主要步骤如图:
压栈的步骤如下:
// 把局部变量0压栈,
iload_1 // 局部变量1压栈,
//弹出2个变量,求和,结果压栈48
istore_2 //弹出结果,放于局部变量2;
动态连接,它是个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用。这个引用是为了支持方法调用过程中能进行动态连接。我们知道Class文件的常量池存有方法的符号引用,字节码中的方法调用指令就以指向常量池中方法的符号引用为参数。这些符号引用一部分会在类加载阶段或第一次使用的时候转化为直接引用,这种转化称为静态解析。余下部分将在每一次运行期间转化为直接引用,这部分称为动态连接。方法返回地址正常退出,执行引擎遇到方法返回的字节码,将返回值传递给调用者异常退出,遇到Exception,并且方法未捕捉异常,返回地址由异常处理器来确定,并且不会有任何返回值。方法退出的过程实际上等同于把当前栈帧出栈,因此退出时可能执行的操作有:恢复上层方法的局部变量表和操作数栈,把返回值(如果有的话)压入调用者栈帧的操作数栈中,调整PC计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令等。额外附加信息,虚拟机规范没有明确规定,由具体虚拟机实现。Java虚拟机规范规定该区域有两种异常:StackOverFlowError:当线程请求栈深度超出虚拟机栈所允许的深度时抛出OutOfMemoryError:当Java虚拟机动态扩展到无法申请足够内存时抛出另外需要提醒一下,在规范模型中,栈帧相互之间是完全独立的。但在大多数虚拟机的实现里都会做一些优化处理,这样两个栈帧可能会出现一部分重叠。这样在下面的栈帧会有部分操作数栈与上面栈帧的部分局部变量表重叠在一起,这样在进行方法调用时就可以有部分数据共享,而无须进行额外的参数复制传递了。具体情形如下图所示:
本地方法栈Java可以通过java本地接口JNI(Java Native Interface)来调用其它语言编写(如C)的程序,在Java里面用native修饰符来描述一个方法是本地方法。本地方法栈就是虚拟机线程调用Native方法执行时的栈,它与虚拟机栈发挥类似的作用。但是要注意,虚拟机规范中没有对本地方法栈作强制规定,虚拟机可以自由实现,所以可以不是字节码。如果是以字节码实现的话,虚拟机栈本地方法栈就可以合二为一,事实上,OpenJDK和SunJDK所自带的HotSpot虚拟机就是直接将虚拟机栈和本地方法栈合二为一的。Java虚拟机规范规定该区域也可抛出StackOverFlowError和OutOfMemoryError。堆(heap)这个区域用来放置所有对象实例以及数组。不过在JIT(Just-in-time)情况下有些时候也有可能在栈上分配对象实例。堆也是java垃圾收集器管理的主要区域(所以很多时候会称它为GC堆)。从GC回收的角度看,由于现在GC基本都是采用的分代收集算法,所以堆内存结构还可以分块成:新生代和老年代;再细一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。如下图:
方法区它是虚拟机在加载类文件时,用于存放加载过的类信息,常量,静态变量,及jit编译后的代码(类方法)等数据的内存区域。它是线程共享的。方法区存放的信息包括:类的基本信息:每个类的全限定名每个类的直接超类的全限定名(可约束类型转换)该类是类还是接口该类型的访问修饰符直接超接口的全限定名的有序列表已装载类的详细信息:运行时常量池:类信息除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池(Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面量、符号引用,文字字符串、final变量值、类名和方法名常量,这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。它们以数组形式访问,是调用方法、与类联系及类的对象化的桥梁。这里再讲一下,JDK1.7之前运行时常量池是方法区的一部分,JDK1.7及之后版本已经将运行时常量池从方法区中移了出来,在堆(Heap)中开辟了一块区域存放运行时常量池。运行时常量池除了存放编译期产生的Class文件的常量外,还可存放在程序运行期间生成的新常量,比较常见增加新常量方法有String类的internd()方法。String.intern()是一个Native方法,它的作用是:如果运行时常量池中已经包含一个等于此String对象内容的字符串,则返回常量池中该字符串的引用;如果没有,则在常量池中创建与此String内容相同的字符串,并返回常量池中创建的字符串的引用。不过JDK7的intern()方法的实现有所不同,当常量池中没有该字符串时,不再是在常量池中创建与此String内容相同的字符串,而改为在常量池中记录堆中首次出现的该字符串的引用,并返回该引用。字段信息:字段信息存放类中声明的每一个字段(实例变量)的信息,包括字段的名、类型、修饰符。如privateStringa=“”;则a为字段名,String为描述符,private为修饰符。方法信息:类中声明的每一个方法的信息,包括方法名、返回值类型、参数类型、修饰符、异常、方法的字节码。(在编译的时候,就已经将方法的局部变量表、操作数栈大小等完全确定并存放在字节码中,在加载载的时候,随着类一起装入方法区。)在运行时,虚拟机线程调用方法时从常量池中获得符号引用,然后在运行时解析成方法的实际地址,最后通过常量池中的全限定名、方法和字段描述符,把当前类或接口中的代码与其它类或接口中的代码联系起来。静态变量:就是类变量,被类的所有实例对象共享,我们只需知道,在方法区有个静态区,静态区专门存放静态变量和静态块。到类ClassLoader的引用:到该类的类装载器的引用。到类Class的引用:虚拟机为每一个被装载的类型创建一个Class实例,用来代表这个被装载的类。Java虚拟机规范规定该区域可抛出OutOfMemoryError。直接内存
直接内存(Direct Memory)虽然不是程序运行时数据区的一部分,也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域,但这部分内存也被频繁使用,而且它也可能导致OutOfMemoryError异常出现。在JDK1.4中新加入了NIO(New Input/Output)类,引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)的I/O方式,它可以使用Native方法库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在Java堆里面的DirecByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在某些应用场景中显著提高性能,因为它避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。显然,本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制,但是,还是会受到本机总内存(包括RAM及SWAP区或者分页文件)的大小及处理器寻址空间的限制,从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。执行引擎将字节码即时编译 优化 为本地代码, 然后执行。在了解完这些知识以后,就可以知道:类和对象在运行时的内存里是怎么样的?以及各类型变量、方法在运行时是怎么交互的?在程序运行时类是在方法区,实例对象本身在堆里面。方法字节码在方法区。线程调用方法执行时创建栈帧并压栈,方法的参数和局部变量在栈帧的局部变量表。对象的实例变量和对象一起在堆里,所以各个线程都可以共享访问对象的实例变量。静态变量在方法区,所有对象共享。字符串常量等常量在运行时常量池。各线程调用的方法,通过堆内的对象,方法区的静态数据,可以共享交互信息。各线程调用的方法所有参数传递、方法返回值的返回,都是使用栈帧里的操作数栈来完成的。
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问:字符串常量池到底存放的是字符串引用还是字符串对象?比如string str='“a”;此时对象是在堆里,字符串常量池只是存的引用。还是堆里没对象,对象在常量池?
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CSDN某位观点是常量池存的是引用,各位是什么观点?
至少1.7以后应该是改进了算法。1.6的时候玩命调用String.intern会报方法区溢出。1.7用同样的方法不会溢出。所以最近可能改了内部的实现。至少不是全都放对象
jvm上说的字面量会放入常量池
常量池里存的是对象,但是我们使用的时候假如已经存在该常量,那么我们使用的是引用,如果不存在,创建一个再引用……“”使用的是引用,这句话觉得对
我感觉讨论这个一点用都没有,少量字符不影响性能,大量字符,要么字符要拼接,拼接就用stringbuilder,多线程下stringbuffer,不拼接的情况下一般就是定义成常量
天天在讨论,啊我这个new了多少对象,我这个放在哪,没啥实质的提升
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没有一个明确的答案么?⊙ω⊙
好吧,5,8说的在理
常量池应该也是对象 比如String a= new String(&eee&);算创建两个对象 听说有的面试题考这个
管他存在哪,又不能吃。
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1、Java运行时数据分区
根据Java虚拟机规范的规定,Java虚拟机所管理的内存被划分为5个运行时数据区,如下图:
a、&&&& 方法区:用于存储已被虚拟机加载的内信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据,由此可见它是各个线程可以共享的内存区域。Java虚拟机规范将其描述为堆的一个逻辑部分,但其实需要把它和堆区分开来的。
b、&&&& 虚拟机栈:Java方法执行的内存模型。可以简单的理解为Java方法在虚拟机栈中执行,更细节的实现是,每个方法被执行的同时在虚拟机栈中创建一个用于虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构,称为栈帧。栈帧是虚拟机栈的栈元素。每一个方法从调用到执行完成,对应了栈帧压栈和弹栈的过程。
c、&&&& 本地方法栈:类&#20284;于虚拟机栈,不同是虚拟机栈针对的是执行Java方法,而本地虚拟机栈针对的是虚拟机使用到的native方法。本地方法: 简单地讲,一个Native Method就是一个java调用非java代码的接口。
d、&&&& 堆:Java堆是Java虚拟机管理的内存中最大的一块,在虚拟机启动时创建。与方法区一样,它也被各个线程共享。Java虚拟机规范:所有的对象实例以及数组都要在对上分配。现在由于编译器的发展所有的对象实例都要在堆上分配已经不是绝对的了,比如JIT编译器。
e、&&&& 程序计数器:与虚拟机栈和本地方法栈一样他是线程独享的,它用于记录正在执行的虚拟机字节码地址。当执行的是一个本地方法时,&#20540;为Undefined,在Java的各个运行时数据区域中只有程序计数器这个内存区域没有规定内存溢出的情况。
f、&&&& 运行时常量池:方法区的一部分。用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池。
2、运行时数据分区的相关概念
a、栈帧:每个栈帧都包含了局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址和一些额外的附加信息。栈帧的大小取决于Java虚拟机对Java虚拟机规范的实现。一个线程中的方法调用链可能是很长的,很多方法都同时处于执行状态,对于执行引擎来说,只有位于栈顶的栈帧才是有效的,称为当前栈帧,与之对应的方法称为当前方法,当前方法所在的类称为当前类,当前类中有对应的当前常量池(类的Class文件中关于常量池入口的定义)。
栈帧的概念结构图:
b、局部变量表:是一组变量&#20540;存储空间,用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。以变量槽(Slot)为基本单位,变量槽的大小时可变的,一般地它的大小要能够存放boolean、byte、char、short、int、float、reference(大小与虚拟机和指针是否压缩有关,用于查找对象在堆中存储的起始地址索引和对象方法区中的类型信息)、returnAddress(方法出口,旧式的虚拟机中用于异常处理,现已弃用),当使用了64位的物理存储空间时,最后变量的槽的外观也应该是像32位虚拟机中的一样,为了这个虚拟机会采用对齐补白的方式的手段。
&&&& 虚拟机通过索引定位使用局部变量表。对于一个非静态的方法索引0默认为当前方法所属的对象实例的引用(this),之后依次排列方法参数和方法内定义的局部变量。
c、操作数栈:也称作操作栈,它是一个后入先出栈结构,操作数栈的元素可以是任意的Java类型。操作数栈的作用可以理解为一个临时的存储区域,如下:
Java代码:
int a = 100;
int b = 98;
int c = a&#43;b;
d、动态连接:每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈所属方法的引用,持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接。Class文件中常量池存有大量的符号引用,字节码中方法调用指令,就是以常量池中指向方法的引用作为参数。这些符号引用一部分会在类加载阶段或第一次使用的时候就转化为直接引用,称为静态解析。另外一部分将在每一次运行期间转化为直接引用,这称为动态连接。具体可以研究哈Java类文件结构。
e、方法返回地址:有两种方式退出一个方法,通过正常方法出口和异常方法出口。正常方法出口指执行完方法所有的内容或者遇到return。异常方法出单指方法执行过程中遇到异常且这个异常没有在异常处理器表中搜索到对应的信息导致的方法异常退出。这两张方式都需要返回到方法的调用点,然后程序才能继续执行。方法返回时可能需要在栈帧中保存一些信息,这样才能恢复它上层方法的执行状态。
3、内存分配与回收:由于java堆与方法区是线程共享的所以与程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈线程独享的区域不同,需要动态的分配和回收内存。&
要回收一个对象,首先需要判断这个对象是否还被引用,怎么样判断呢?
a、引用计数法:给对象中添加一个引用计数器,如果有一个地方引用了这个对象一次,则计数器&#20540;&#43;1;当引用失效时,计数器&#20540;-1,任何时刻计数器为 0 的对象就是不可能再被使用的对象。
引用计数法的优点是实现简单且效率较高,但它的缺点也很明显,就是很难解决对象之间相互循环引用的问题。
b、可达性算法:通过一系列称为“GC ROOTS”的对象作为起点,从这些节点开始向下搜索,搜索走过的路径称为引用链,当一个对象到GC ROOT之间没有任何引用链相连时,则证明此对象时不可用的。
可达性算法解决了引用计数法遇到的问题,但是GC ROOTS得选择非常重要,GC ROOTS一般包括如下几种:&
& & &1、虚拟机(栈帧中的局部变量表)中引用的对象。
& & & 2、方法区中类静态属性引用的对象。
& & & 3、方法区中常量引用的对象。
& & & 4、本地方法栈中本地方法引用的对象。
上面的两种方法,要判断对象是否还被引用都离不开“引用”,那么引用是个上面东东?
引用的定义(狭隘的):如果reference类型的数据中存储的数字代表的是另一快内存的起始地址,就称这块内存代表着一个引用。
上面对引用的定义是狭隘的,只能表示有没有被引用两种状态,所以在JDK1.2之后引用的概念得到了扩展:
& & &a、强引用:只要强引用还在,垃圾收集器用于不会回收掉被引用的对象。
& & & & & Object o = new Object();
& & &b、软引用:用于描述还有用但是并不是必须的对象。对于软引用关联的对象,在系统将要发生内存溢之前,将会把这些对象列进回收范围之中,进行第二次回收。
& & & & &&SoftReference&A&&reference&&=&new&SoftReference&&(&new&A());&
& & & & & &&
& & &c、弱引用:同软引用一样,它也描述非必须的对象。但弱引用关联的对象当垃圾收集器启动时,不管内存空间是否足够都会被回收掉。
& & & & &&WeakReference&A&&reference&=&new&WeakReference&A&(new&A());
& & &d、虚引用:最弱的一种引用关系。虚引用关系不会对对象的生命周期构成印象,它的作用仅仅是指对象被回收时收到一个系统通知。
& & & & &&PhantomReference&A&&reference&=&new&PhantomReference&A&(new&A(),&new&ReferenceQueue&&());
& & &注意:&虚引用的指示对象总是不可到达的。
对象何时被回收
即使在可达性算法中不可到达的对象,也并不是马上就被回收掉。回收之前还需要以下过程:
& & &a、标记不在引用链中的对象,并根据对象是否需要执行finalize()方法,将需要执行finalize()的对象放置到一个叫做F-Queue的对列中,之后启动一个低优先级的线程去执行。
& & &b、对F-Queue对列中的对象进行第二次标记,如果执行完finalize()之后对象没有被拯救,那么回收这个对象。
回收方法区
对于方法区的回收主要针对两部分内容,无用的类和废弃的常量。
& & &a、回收废弃的常量,与回收队中的对象类&#20284;,如果一个常量在系统中不在被引用,那么该常量将被回收。
& & &b、回收无用的类,回收无用的类并不是必须的,但如果要回收则需要确定一个类是否真的是无用。同时具备下面的3点的类,才能算无用的类
& & & & & 1、该类所有的实例已经被回收。
& & & & & 2、加载该类的类加载器已经被回收。
& & & & & 3、该类对应的Java.lang.Class对象没有被引用到,无法再任何地方通过反射访问给类的方法。
垃圾收集分析算法
a、标记-清除算法
& & &先标记出需要回收的对象,标记完之后统一回收被标记的对像。
& & &该算法存在效率问题和回收后空间碎片太多的问题,尤其是内存碎片的问题,将导致需要分配大对象时由于没有连续的内存空间,不得不再次触发下一次垃圾回收,而垃圾回收又是低效的。
b、复制算法
& & &将可用内存按容量分为大小相等的两块,每次只是要其中一块。当这一块内存用完了,就将还存活的对象复制到还存活的另一快上,然后再把已使用的内存空间一次性全部清理掉。
& & &优点:解决了标记-清除算法的效率和内存空间碎片的问题。
& & &缺点:将可用内存缩小为原来的一半。且如果对象存活率较高时复制操作会变得频繁效率变低。极端情况下,如果对象100%存活还需要额外空间进行分配担保。
c、标记整理算法
& & &标记过程与标记-清除算法一样,但标记完后让所有存活的对象向一端移动,然后直接清理掉端边界意外的内存。
& & &优点:解决了内存空间碎片问题,内存使用更合理
& & &缺点:效率一般。
d、分代收集算法
& & &根据对象的生命周期不同将内存划分为几块。一般将Java堆分为新生代和老年代。在新生代中使用复制算法(Eden,Survivor),在老年代中使用标记-清除或者标记-整理方法。
内存的分配和回收策略
对象的内存分配,就是在堆上分配(不考虑JIT编译后的情况)。对象主要分配到新生代的Eden上,如果启动了本地线程分配缓冲(为每个线程分配一小块内存),将按线程优先在TLAB上分配。如何分配并非是固定不变的,取决于使用的垃圾收集器和虚拟机的内存设置参数。下面是几条普遍采用的分配规则:
& & &a、对象优先在Eden上分配,当没有足够的内存空间进行分配时,虚拟机将发起一次Minor&GC。
& & &b、大对象直接进入老年代,大对象指的是需要大量连续的内存空间的对象,这样做的目的是避免在新生代中发生大量的内存复制。
& & &c、长期活着的对象将进入老年代,当一个新生代对象的年龄计数器的&#20540;大于一定范围时,就会晋升到老年代中。
如果一个对象在新时代的Eden上被分配并经历Minor GC后依然存活,并且被Survivor容纳移动到Survivor后对象年龄&#43;1,之后对象在Survivor中每经历一次Minor&GC且不死则对象年龄&#43;1,当该年龄&#20540;大于一定范围时对象被移动到老年代中。但为了能更好适应不同程序的内存状况,虚拟机并是永远要求对象的年龄达到指定的&#20540;,如果在Survivor中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半,年龄大于或者等于该年龄的对象就可以直接进入老年代。&
新生代使用了复制收集算法,但为了保证内存的利用率,只使用其中一个Survivor来作为轮换备份空间,因此当存在大量的对象在Minor&GC后还活着的情况时就需要老年代进行分配担保。当前题是老念代要有足够担保空间,如果空间不足那么只好发起一次 FULL GC。 & &
注:本文为《深入理解Java虚拟机》学习笔记,图片均来自百度图片。
参考知识库
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&&计&#8203;算&#8203;机&#8203;内&#8203;存&#8203;相&#8203;关&#8203;概&#8203;念&#8203;解&#8203;析
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你可能喜欢深入理解Java虚拟机(7)
执行引擎是Java虚拟机最核心的组成部分之一。“虚拟机”是一个相对于“物理机”的概念,这两种机器都有代码执行能力,其区别是物理机的执行引擎
是直接建立在处理器、硬件、指令集和操作系统层面上的,而虚拟机的执行引擎则是由自己实现的,因此可以自行制定指令集与执行引擎的结构体系,
并且能够执行那些不被硬件直接支持的指令集&#26684;式。
运行时栈帧结构
栈帧(Stack Frame)是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据饥结构,它是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈(Virtual Machine Stack)的
栈元素。栈帧存储了方法的局部变量表,操作数栈、动态连接和方法返回地址等信息。每一个方法从调用开始至执行完成的过程,都对应着一个栈帧
在虚拟机栈里面从入栈到出栈的过程。
每一个栈帧都包括了局部变量表、操作数栈、动态连接、方法返回地址和一些额外的附加信息。在编译程序代码的时候,栈帧中需要多大的局部变量表,
多深的操作数栈都已经完全确定了,并且写入到方法表的Code属性之中,因此一个栈帧需要分配多少内存,不会受到程序运行期变量数据的影响,而仅
仅取决于具体的虚拟机实现。
一个线程中的方法调用链可能会很长,很多方法都同时处于执行状态。对于执行引擎来说,在活动线程中,只有位于栈顶的栈帧才是有效的,称为当前
栈帧(Current Stack Frame),与这个栈帧相关联的方法称为当前方法(Current Method)。
局部变量表
局部变量表(Local Variable Table)是一组变量&#20540;存储空间,用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。在Java程序编译为Class文件时,就在方
法的Code属性的max_locals数据项中确定了该方法所需要分配的局部变量表的最大容量。
局部变量表的以变量槽(Variable Slot,下称Slot)为最小单位,虚拟机规范中并没有明确指明一个Slot应占用的内存空间大小,只是很有导向性地说到
每个Slot都应该能存放一个boolean、byte、char、short、int、float、reference或returnAddress类型的数据,这8种数据类型,都可以使用32位或更小
的物理内存来存放,但这种描述与明确指出“每个Slot占用32位长度的内存空间”是有一些差别的,它允许Slot的长度可以随着处理器、操作系统或虚拟机
的不同而发生变化。只要保证即使在64为虚拟机中使用了64位的物理内存空间去实现一个Slot,虚拟机仍要使用对齐和补白的手段让Slot在外观上看起
来与32位虚拟机中的一致。
操作数栈(Operand Stack)也常称为操作栈,它是一个后入先出(Last In First Out,LIFO)栈。同局部变量一样,操作数的最大深度也在编译的时候
写入到Code属性的max_stacks数据项中。操作数栈的每一个元素可以是任意的Java数据类型,包括long和double。32位数据类型所占的栈容量为1,
64位数据类型所占的栈容量为2,。在方法执行的任何时候,操作数栈的深度都不会超过在max_stacks数据项中设定的最大&#20540;。
当一个方法刚刚开始执行的时候,这个方法的操作数栈是空的,在方法的执行过程中,会有各种字节码指令往操作数栈写入和提取内容,也就是
出栈/入栈操作。
每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用,持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接(Dynamic Linking)。通过
第6章的讲解,我们知道Class文件的常量池存有大量的符号引用,字节码中的方法调用指令就以常量池中指向方法的符号引用作为参数。这些符号
引用一部分会在类加载阶段或者第一次使用的时候就转化为直接引用,这种转化称为静态解析。另外一部分将在每一次运行期间转化为直接引用,
这部分称为动态连接。
方法返回地址
当一个方法开始执行后,只有两种方式可以退出这个方法。第一种方式执行引擎遇到任意一个方法返回的字节码指令,这时候可能会有返回&#20540;传递
给上层的方法调用者(调用当前方法的方法称为调用者),是否有返回&#20540;和返回&#20540;的类型将根据遇到何种方法返回指令来决定,这种退出方法的
方式称为正常完成出口(Normal Method Invocation Completion)。
另外一种退出方式是,在方法执行过程中遇到了异常,并且这个异常没有在方法体内得到处理,无论是Java虚拟机内部产生的异常,还是代码中
使用athrow字节码指令产生的异常,只要在本方法的异常表中没有搜索到匹配的异常处理器,就会导致方法退出,这种退出方法的方式称为异常
完成出口(Abrupt Method Invocation Completion)。一个方法使用异常完成出口的方式退出,是不会给它的上层调用者产生任何返回&#20540;的。
虚拟机规范允许具体的虚拟机实现增加一些规范里没有描述的信息到栈帧之中。在实际开发中,一般会把动态连接、方法返回地址与其他附加信息
全部归为一类,称为栈帧信息。
方法调用并不等同于方法执行,方法调用阶段唯一的任务就是确定被调用方法的版本(即调用哪一个方法),暂时还不涉及方法内部的具体运行过程。
调用目标在程序代码写好、编译器进行编译时就必须确定下来。这类方法的调用称为解析(Resolution)。
在Java语言中符合“编译器可知,运行期不可变”这个要求的方法,主要包括静态方法和私有方法两大类,前者与类型直接关联,后者在外部不可被访问
,这两种方法各自的特点决定了它们都不可能通过继承或别的方式重写其他版本,因此它们都适合在类加载阶段进行解析。
1.静态分派
所有依赖静态类型来定位方法执行版本的分派动作称为静态分派。静态分派的典型应用是方法重载。静态分派发生在编译阶段,因此确定静态分派的
动作实际上不是由虚拟机来执行的。另外,编译器虽然能确定出方法的重载版本,但在很多情况下这个重载版本并不是“唯一的”,往往只能确定一个
“更加合适的”版本。这种模糊的结论在由0和1构成的计算机世界中算是比较“稀罕”的事情,产生这种模糊结论的主要原因是字面量不需要定义,所以
字面量没有显式的静态类型,它的静态类型只能通过语言上的规则去理解和推断。
2.动态分派
由于invokevirtual指令执行的第一步就是在运行期间确定接受者的实际类型,所以两次调用中的invokevirtual指令把常量池中的类方法符号引用解析
到了不同的直接引用上,这个过程就是Java语言中方法重写的本质。我们把这种在运行期根据实际类型确定方法执行版本的分派过程称为动态分派。
3.单分派与多分派
方法的接受者与方法的参数统称为方法的宗量,这个定义最早应该来源于《Java与模式》一书。根据分派基于多少中宗量,可以将分派划分为
单分派和多分派两种。单分派是根据一个宗量对目标方法进行选择,多分派则是根据多于一个宗量对目标方法进行选择。
参考知识库
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