栈帧的内部结构--操作数栈(Opreand Stack)

每个栈帧中包含：

• 局部变量表(Local Variables)
• 操作数栈(Opreand Stack) 或表达式栈
• 动态链接 (Dynamic Linking) （或指向运行时常量的方法引用）
• 动态返回地址(Return Address) （或方法正常退出或者异常退出的引用的定义）
• 一些附加信息

操作数栈

• 它是由数组实现的，保存数据的一个栈
• 每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(Last-In-First-Out)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，往栈中写入数据或是提取数据，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中的中间结果，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户存储数值，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max-stack的值（因为伴随着出栈和入栈，所以只需一定的深度便能够满足所有的操作）

栈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个数据的访问
• 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检验阶段的数据流分析阶段要再次验证
• 我们说的java虚拟机的解释引擎是基于栈的执行引擎，其中的栈值的就是操作数栈

栈式架构虚拟机的缺点

• 基于栈式架构的虚拟机所使用的零地址指令更加紧凑，但是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，因此频繁的执行内存读/写操作必然会影响执行的速度，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，以此降低内存的读/写次数，提升执行引擎的执行效率

附：JVM学习目录