JVM_03 运行时数据区1_Stack_操作数栈_Operand Stack

操作数栈(Operand Stack)

栈 :可以使用数组或者链表来实现

  • 每一个独立的栈帧中除了包含局部变量表以外,还包含一个后进先出的操作数栈,也可以成为表达式栈
    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,即入栈(push)或出栈(pop)

    • 某些字节码指令将值压入操作数栈,其余的字节码指令将操作数取出栈,使用他们后再把结果压入栈。(如字节码指令bipush操作)
    • 比如:执行复制、交换、求和等操作
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2.4.1 概述
  • 操作数栈,主要用于保存计算过程的中间结果,同时作为计算过程中变量临时的存储空间。

  • 操作数栈就是jvm执行引擎的一个工作区,当一个方法开始执行的时候,一个新的栈帧也会随之被创建出来,这个方法的操作数栈是空的

  • 每一个操作数栈都会拥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器就定义好了,保存在方法的code属性中,为max_stack的值。

  • 栈中的任何一个元素都是可以任意的java数据类型

    • 32bit的类型占用一个栈单位深度
    • 64bit的类型占用两个栈深度单位
  • 操作数栈并非采用访问索引的方式来进行数据访问的,而是只能通过标砖的入栈push和出栈pop操作来完成一次数据访问

  • 如果被调用的方法带有返回值的话,其返回值将会被压入当前栈帧的操作数栈中,并更新PC寄存器中下一条需要执行的字节码指令。

  • 操作数栈中的元素的数据类型必须与字节码指令的序列严格匹配,这由编译器在编译期间进行验证,同时在类加载过程中的类验证阶段的数据流分析阶段要再次验证。

  • 另外,我们说Java虚拟机的解释引擎是基于栈的执行引擎,其中的栈指的就是操作数栈。

  • 结合上图结合下面的图来看一下一个方法(栈帧)的执行过程

①15入栈;②存储15,15进入局部变量表

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③压入8;④存储8,8进入局部变量表;

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**⑤从局部变量表中把索引为1和2的是数据取出来,放到操作数栈;⑥iadd相加操作,8和15出栈
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**⑦iadd操作结果23入栈;⑧将23存储在局部变量表索引为3的位置上
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栈顶缓存技术ToS(Top-of-Stack Cashing)
  • 基于栈式架构的虚拟机所使用的零地址指令更加紧凑,但完成一项操作的时候必然需要使用更多的入栈和出栈指令,这同时也就意味着将需要更多的指令分派(instruction dispatch)次数和内存读/写次数
  • 由于操作数是存储在内存中的,因此频繁地执行内存读/写操作必然会影响执行速度。为了解决这个问题,HotSpot JVM的设计者们提出了栈顶缓存技术,将栈顶元素全部缓存在屋里CPU的寄存器中,以此降低对内存的读/写次数,提升执行疫情的执行效率

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