虚拟机栈—操作数栈
概念
操作数栈：Operand Stack
- 每一个独立的栈帧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，也可以称之为 表达式栈（Expression Stack）;
- 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）和 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，使用它们后再把结果压入栈，比如：执行复制、交换、求和等操作；
- 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，当一个方法刚开始执行的时候，一个新的栈帧也会随之被创建出来，这时，该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期就定义好了，保存在方法的Code属性中，为maxstack的值；
- 栈中的任何一个元素都可以是任意的Java数据类型；
- 在操作数栈中，32bit的类型占用一个栈单位深度，64bit的类型占用两个栈单位深度；
- 操作数栈并非采用访问索引的方式来进行数据访问的，而是只能通过标准的入栈和出栈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（该方法执行完成，回到之前方法的字节码指令）；
- 操作数栈中元素的数据类型必须与字节码指令的序列严格匹配，由编译器在编译器期间进行验证，同时在类加载过程中的类检验阶段的数据流分析阶段要再次验证。|
注：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。
代码解释
给一段代码：
public void testAddOperation() {
byte i = 15;
int j = 8;
int k = i + j;
}
编译成字节码指令:
byte、short、char、boolean 内部都是使用int型来进行保存的。
从上面的代码可知，通过bipush对操作数 15 和 8进行入栈操作，同时使用的是 iadd方法进行相加操作，其中 i 代表的就是 int，也就是int类型的加法操作。
执行流程如下所示：
- 首先执行第一条语句，PC寄存器指向的是0，也就是指令地址为0，然后使用bipush让操作数15入栈；
- 执行完后，让PC +1，指向下一行代码，下一行代码就是将操作数栈的元素存储到局部变量表1的位置，可以看到局部变量表的已经增加了一个元素；
为什么局部变量表不是从0开始的呢？
- 其实局部变量表也是从0开始的，但是因为0号位置存储的是this指针，所以说就直接省略了。
- 然后PC+1，指向的是下一行。让操作数8也入栈，同时执行store操作，存入局部变量表中；
- 然后从局部变量表中，依次将数据放在操作数栈中；
- 然后将操作数栈中的两个元素执行相加操作，并存储在局部变量表3的位置；
- 最后PC寄存器的位置指向10，也就是return方法，则直接退出方法
栈顶缓存技术
- 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（instructiondispatch）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（Tos，Top-of-Stack Cashing）技术，将栈顶元素全部缓存在物理CPU的寄存器中，以此降低对内存的读/写次数，提升执行引擎的执行效率。