jvm内存结构（二）（栈的变化，机器指令的格式/执行模式）

栈的结构：

《Java虚拟机原理图解》4.JVM机器指令集

局部变量表：

方法执行时，虚拟机会把字节码中方法数据区的code类型的属性中的局部变量放到栈的局部变量表中。

操作栈：

jvm指令是基于操作栈的，也就是说，运算过程是在操作栈中进行的。

动态链接：(Dynamic Linking and Resolution)：

Class字节码的常量持中存有大量的符号引用，在运行期才将符号引用变成直接引用（也就是指向数据），可以是方法或者字段的引用。

方法出口（方法返回地址）：

即本方法执行后下一步指令的地址，方法正常退出时，调用者PC计数器的值就可以作为返回地址，异常退出时，返回地址是要通过异常处理器来确定。

补充：

栈的基本详细知识

Java字节码方法的机器指令（—）  和（二）

方法调用过程在JVM中是如何表示的

package org.louis.jvm.codeset;
public class Bootstrap {
    public static void main(String[] args) {
        String name = "Louis";
        greeting(name);
    }
    public static void greeting(String name)
    {
        System.out.println("Hello,"+name);
    }  

从编译到运行有以下步骤：

. 首先JVM会先将这个Bootstrap.class 信息加载到 内存中的方法区(Method Area)中。
    Bootstrap.class 中包含了常量池信息，方法的定义 以及编译后的方法实现的二进制形式的机器指令，
    所有的线程共享一个方法区，从中读取方法定义和方法的指令集。
. 接着，JVM会在Heap堆上为Bootstrap.class 创建一个Class<Bootstrap>实例用来表示Bootstrap.class 的 类实例。
. JVM开始执行main方法，这时会为main方法创建一个栈帧，以表示main方法的整个执行过程；
. main方法在执行的过程之中，调用了greeting静态方法，则JVM会为greeting方法创建一个栈帧，推到虚拟机栈顶。
.当greeting方法运行完成后，则greeting方法出栈，main方法继续运行；

JVM方法调用的过程是通过栈帧来实现的。如何分配栈帧的空间，需要从字节码方法的二进制指令中得到3个信息：

 ).  局部变量的数量（作用是：当JVM为方法创建栈帧的时候，在栈帧中为该方法创建一个局部变量表，来存储方法指令在运算时的局部变量值）
 ).  执行时所需要的最大的操作数栈的大小（当JVM为方法创建栈帧的时候，在栈帧中为方法创建一个操作数栈，保证方法内指令可以完成工作）
 ).  方法的参数的数量

JVM运行main方法的过程：

1.为main方法创建栈帧： 

 JVM解析main方法，发现其 局部变量的数量为 ，操作数栈的数量为1， 则会为main方法创建一个栈帧（VM Stack），并将其加入虚拟机栈中：

2. 完成栈帧初始化：

main栈帧创建完成后，会将栈帧push 到虚拟机栈中，现在有两步重要的事情要做：

a),将指令计数器指向main方法的地址。

计算PC值。PC 是指令计数器，其内部的值决定了JVM虚拟机下一步应该执行哪一个机器指令，而机器指令存放在方法区，我们需要让PC的值指向方法区的main方法上；
初始化 PC = main方法在方法区指令的地址+0；

b),局部变量初始化

main方法有个入参(String[] args) ，JVM已经在main所在的栈帧的局部变量表中为其空出来了一个slot ，我们需要将 args 的引用值初始化到局部点亮表中；

接着JVM开始读取PC指向的机器指令。

如上图所示，main方法的指令序列：12 10 4c 2b b8 20 12 b1 ，

通过JVM虚拟机指令集规范，可以将这个指令序列解析成以下Java汇编语言:

当main方法调用greeting()时， JVM会为greeting方法创建一个栈帧，用以表示对greeting方法的调用，

具体栈帧信息如下：

具体的greeting方法的机器码表示的含义如下图所示

JVM对一个方法执行的基本策略:

重点原则：JVM的指令是基于栈的，即大部分的指令的执行，都伴随着操作数的出栈和入栈。

每个机器指令的执行，重点是对操作数栈和局部变量的影响。是读懂二进制机器指令的关键。

机器指令的格式

机器指令，就是只有机器才能够认识的二进制代码：由操作码和操作数。

JVM虚拟机的操作码是由一个字节组成的，也就是说其指令的数量最多为 2^8,即 256个;

机器指令的执行模式---基于操作数栈的模式

对于传统的物理机而言，大部分的机器指令的设计都是寄存器的，物理机内设置若干个寄存器，用以存储机器指令运行过程中的值，

寄存器的数量和支持的指令的个数决定了这个机器的处理能力。

但是Java虚拟机的设计的机制并不是这样的，Java虚拟机使用操作数栈 来存储机器指令的运算过程中的值。所有的操作数的操作，都要遵循出栈和入栈的规则

详情见《Java虚拟机规范（Java Virtual Machine Specification）》

补充：基于栈的和基于寄存器的区别