深入理解运行时栈帧结构 | 栈帧,操作数栈,本地变量表

在 2、JVM运行时数据区是如何工作的 这节中，我们已经见过运行时栈帧结构的面貌了，现在我们再来深入的了解一下有关它的故事。

1、栈帧结构

我们再拿出这张图来看看，不过这次我们是要更深入的来了解下了。

假设有如下调用关系：ClassA.invokeA() -> ClassB.invokeB() -> ClassB.doInvokeB() -> ClassC.execute()，则会生成以上的虚拟机栈，每个方法调用，都有一个栈帧入栈，调用完成，栈帧从虚拟机栈上出栈；虚拟机栈是一个LIFO的栈。

栈帧

每个栈帧都包括局部变量表、操作数栈、动态链接、方法会地址和其他的附加信息。

1.1、局部变量表

变量操：Slot，最小单位。

一个本地变量(Slot)可以存32位以内的数据，可以保存类型为 int, short, reference, byte, char, floath和returnAddress的数据，两个本地变量可以保存类型为long和double的数据；

**线程安全问题：**局部变量表建立在线程的堆栈上面，线程私有的，无论读写两个连续的Slot是否为原子操作，都不会引起数据安全问题。

何时确定栈帧需要多大内存空间？

在程序编译完成生成class文件之后，其实就已经确定了局部变量表的大小，以及操作数栈的大小。

以这个例子为例：Class文件16进制背后的秘密#3、解析Class文件实例

编译为class文件之后，通过反汇编指令，即可查看到对应的Java汇编指令，其中init方法的指令如下：

// 类中自定义的init方法
public void init(java.lang.String);
  descriptor: (Ljava/lang/String;)V
  // 访问标记
  flags: ACC_PUBLIC
  Code:
    stack=2, locals=3, args_size=2
       0: ldc           #3                  // String test method 将常量”test method“的在常量池中的索引压入栈
       2: astore_2  // 从栈中取出刚刚的索引，存储到本地变量表的tmp中
       3: aload_0 // this引用入栈
       4: iconst_1 // 数值1入栈
       5: putfield      #2                  // Field a:I  数值1出栈，赋值给 常量池#2，这里是一个Fieldref，对应代码中的a变量
       8: return
    LineNumberTable:
      line 9: 0
      line 10: 3
      line 11: 8
    LocalVariableTable:
      Start  Length  Slot  Name   Signature
          0       9     0  this   Lcom/itzhai/classes/TestA;
          0       9     1 title   Ljava/lang/String;
          3       6     2   tmp   Ljava/lang/String;

可见，编译为class文件之后，这些内容都确定了：

• 操作数栈大小；
• 本地变量表大小；

至于线程执行的时候，创建对象，都是在堆中分配的，栈帧指针保存了对象的引用，引用大小是固定的。

slot复用问题引出的：不使用的对象应该手动赋值为null？

如下代码，我们在作用域外执行gc，启动参数添加-verbose:gc：

public static void main(String[] args) {
    {
        byte[] placeholder = new byte[64 * 1024 * 1024];
    }
    // int a = 1; // 新加一个赋值操作
    System.gc();
}

执行结果：

[GC (System.gc())  69530K->66344K(125952K), 0.0012475 secs]
[Full GC (System.gc())  66344K->66223K(125952K), 0.0070326 secs]

发现局部变量表应用的对象并没有被回收。

我们取消上面的注释，在执行，结果：

[GC (System.gc())  69529K->66330K(125952K), 0.0132218 secs]
[Full GC (System.gc())  66330K->687K(125952K), 0.0267554 secs]

发现回收了。

或者我们不取消注释，在启动参数添加参数：

-verbose:gc -Xcomp

发现也可以正常回收：

[GC (System.gc())  70861K->66360K(125952K), 0.0031858 secs]
[Full GC (System.gc())  66360K->741K(125952K), 0.0103660 secs]

这是因为JIT编译优化的结果。

即使离开了方法的作用域，方法里面局部变量表里面的Slot没有被其他变量复用，它仍然是一个GC Root，不会作为垃圾被回收。

类变量有零值而局部变量无零值

局部变量表不想类变量有准备阶段赋值初始化，如果没有显示的在方法中给局部变量赋值，是读取不了变量的。

1.2、操作数栈

1.3、动态链接

1.4、方法返回地址