JVM笔记（六）（PC寄存器、虚拟机栈、局部变量表）

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PC寄存器保存指令地址，执行引擎去PC寄存器所代表的的5的位置取出对应的操作指令。执行引擎会操作局部变量表和栈结构实现数据的存取，也会将操作指令翻译成机器指令，由CPU进行运算。

简单来说，PC寄存器用来储存指向下一条指令的地址，即将要执行的指令代码，由执行引擎读取下一条指令。

Q：为什么使用PC寄存器记录当前线程的执行地址？

A：因为CPU需要不停的切换各个线程，这时候切换回来以后，就得知道接着从哪开始继续执行。JVM的字节码解释器就需要通过改变PC寄存器的值来明确下一条应该执行怎么样的字节码指令。

Q：PC寄存器为什么被设定为线程私有？

A：我们都知道多线程在一个特定的时间段内只会执行其中某一个线程的方法，CPU会不停地做任务切换，这样必然导致经常中断或恢复，为了能够准确地记录各个线程正在执行的当前字节码的指令地址，最好的办法是为每一个线程独立分配一个PC寄存器，这样一来各个线程之间独立运算，不会相互干扰。

栈是运行时的单位，而堆是存储的单位。栈解决程序的运行问题，即程序如何执行，如何处理数据。堆解决的是数据储存问题，即数据怎么放，放在哪。主体上，数据放在堆空间中（注意不是全部）。

每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个的栈帧，对应着一次次的Java方法调用。虚拟机栈是线程私有的。

生命周期：生命周期和线程一致。

作用：主管Java程序的运行，它保存方法的局部变量（八种基本数据类型、对象的引用地址（引用数据类型））、部分结果，并参与方法的调用和返回。

栈是一种快速有效的分配处存方式，访问速度仅次于程序计数器。JVM对Java栈的操作只有两个：

对栈来说不存在垃圾回收问题，但存在OOM问题。

Q：栈中可能出现的异常有哪些？

Java虚拟机允许Java栈的大小是动态的或者是固定不变的。

如果采用固定大小的Java虚拟机栈，那么每一个线程的Java虚拟机栈容量可以在线程创建的时候独立选定。如果线程请求分配的栈容量超过Java虚拟机栈允许的最大容量，Java虚拟机将会抛出一个StackOverflowError异常。
如果Java虚拟机栈可以动态扩展，并且在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存，或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈，那么Java虚拟机将抛出一个OutOfMemoryError异常。

栈里的数据都是以栈帧的格式存在，这个线程上正在执行的每个方法都各自对应一个栈帧。栈帧是一个内存区块，是一个数据集，维系着方法执行过程中的各种数据信息。

{复习–>面向对象编程的基本概念：类、对象}{类中的基本结构：属性（字段、域）、方法}

在一条活动线程中，一个时间点上，只会有一个活动的栈帧。即只有当前正在执行的方法的栈帧（栈顶栈帧）是有效的，这个栈帧被称为当前栈帧，与当前栈帧相对应的方法就是当前方法，定义这个方法的类就是当前类。

如果在该方法中调用了其他方法，对应的新的栈帧会被创建出来，放在栈顶，成为新的当前帧。

不同线程当中所包含的栈帧是不允许存在相互引用的，即不可能在一个栈帧中引用另外一个线程的栈帧。

如果当前方法调用了其他方法，方法返回之际，当前栈帧会传回此方法的执行结果给前一个栈帧，接着，虚拟机会丢弃当前栈帧，使得前一个栈帧重新成为当前栈帧。

Java方法有两种返回函数的方式，一种是正常的函数返回，使用return指令，另一种是抛出异常。不管使用哪种方式，都会导致栈帧被弹出。

每个栈帧中储存着：

局部变量表也被称为局部变量数组或本地变量表。

定义为一个数字数组，主要用于储存方法参数和定义在方法体内的局部变量。这些数据类型包括各类基本数据类型、对象引用（Reference），以及returnAddress类型。

由于局部变量表是建立在线程的栈上，是线程的私有数据，因此不存在数据安全问题。

局部变量表所需的容量大小是在编译期确定下来的，并保存在方法的Code属性的maximum local variables数据项中。在方法的运行期间是不会改变局部变量表的大小的。

方法嵌套调用的次数由栈的大小决定。一般来说，栈越大，方法嵌套调用次数越多。对一个函数而言，它的参数和局部变量越多，使得局部变量表膨胀，它的栈帧就越大，以满足方法调用所需传递的信息增大的需求。进而函数调用就会占用更多的内存空间，导致其嵌套调用次数减少。

局部变量表中的变量只在当前方法调用中有效。在方法执行时，虚拟机通过使用局部变量表完成参数值到参数变量列表的传递过程。当调用方法结束后，随着方法栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁。