【反八股系列】一、为什么我们要学习java虚拟机栈的原理？

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现在的八股文：

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为了找回对编程最初的乐趣

决定自制反八股系列的知识视频

本系列的三大宗旨：

拒绝死记硬背

拒绝管中窥豹

拒绝浅尝则止

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对于jvm的虚拟机内存结构，大家应该都能背会有“2个堆”、“2个栈”、“1个计数器” 这种内容，就像下面这张图一样。 其中java的栈是虚拟机指令执行的关键。

那么，为什么我们要学习背后的这个虚拟机栈呢？ 我的代码能跑起来不就了可以吗？

哦，是面试要用么？然而个人不希望这些内容成为新一代的“科技八股文”。

因此本系列希望先从为什么学习入手，再深入到更深层次的东西，，希望能带来的是长久的收获，而非短暂的记忆。

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为什么我们要学习背后的虚拟机栈。

首先，你debug的时候，你都不知道这个是什么东西，瞎猜可不行，你要知道暂停时现在是个请什么情况， IDE上的东西到底是什么，他们对程序运行又有什么影响

[debug图片]

其次，虚拟机栈的内容是很多重要知识的前置知识点。 垃圾收集的GC-ROOT与栈有关， JIT优化和栈有关。如果你不知道，那么在遇到相关知识点，只会产生“这是啥”、“这又是啥”的连锁反应， 就有可能陷入背诵八股文的折磨却不知所以然的地步。

最后，java虚拟机栈为我们生动展示了 一个小心的迷你的CPU执行逻辑。

对于很多没有学习过计算机底层原理（例如CSAPP这本书） 的人来说， 是完全不知道计算机是如何执行机器码指令的。 而java虚拟机栈可以更好理解 指令是如何运行的， 虽然这个指令不是真正的机器码执行， 而是jvm字节码指令。 但是通过字节码指令， 我们可以快速对应到java中常见的各种操作。

这对于很多入门时直奔删减改查的同学来说， 是不可多得的学习底层的机会。

另外数据结构里学习的栈的知识也会在这里得以应用。

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清楚了上述好处后，我们开始深入了解虚拟机栈的细节。

首先，栈帧是什么？

不需要去记忆概念，就记得我们调试时，框框里的每一行，就是一个栈帧。 可以看到除了栈顶的方法正在执行外， 其他行都仿佛静止了一般， 因此就像拍照时的一帧。

对于栈帧里有什么， 经典背诵4件套：

局部变量表，

操作数栈，

动态链接，

方法返回地址，

其实与上面这4样配合的，还有个虚拟机栈所使用的“程序计数器”，才共同实现了jvm指令的执行。

首先对局部变量表而言， 为什么要有这个东西？

5 4 3 2 1 .

因为我们声明的局部变量a、b、c等， 都需要有一个地方存放， 但局部变量只有这个方法中才会使用， 所以才会在栈帧中开辟局部连量表的空间。

那么，变量表有多大呢？

编译时指定定死了

为什么能定死？

因为编译器很聪明，通过分析代码，他就能知道到底这个方法要用几个变量。

为什么我们需要思考这个问题？因为我们要考虑我们写的代码，可能会带来多大的局部栈的消耗。

例如，我在一个for循环里反复定义同一个变量，那局部变量表是不是在无限增大？我是不是要提前加大栈的分配内存？

其实不需要， 因为编译器支持变量表的复用， 它会知道你在重复声明变量，所以实际字节码指令中，它会明确写下“这个变量继续放到前面那个槽”的指令， 从而覆盖使用了之前的槽。

你问我怎么分析的？ 请阅读《编译原理》。

然后操作数栈又是干什么的？ 如果要做a+b,我直接从变量表上取a的值和b的值，加起来不就好了？

直接让CPU取a和b的值拿去算完回来，不就好了？

那我如果是 a + b*c呢

b*c的值放哪里？

如果是a+b*(c+d)呢？

这时候如果你学习过数据结构里栈的应用 ，就会知道 模拟一个计算器，往往需要一个栈。

而操作数栈就是这个作用。

当你学习jvm指令时，就会看到有专门的指令就是取栈顶或者把值推送到栈顶的指令。

这样做加法的时候，也就不用关心变量的地址了，只要你把栈顶的值存好，我直接拿去加就行。

那么动态链接又是个什么玩意？

就这么说， 你怎么知道这个方法此时要做哪些动作？

肯定有一段代码区（即jvm指令），让我一条条执行对吧？

那么这个代码区放哪呢？我总需要知道一个地址， 因此，动态链接，就是这个方法代码的位置。

那干嘛叫动态链接这么抽象啊？

因为有的方法往往是等运行的时候才知道地址， 所以统一就叫做动态链接了，这就是未来会提到的java多态的核心本质而。

那么返回地址比较好理解，方法执行完成， 返回上一层方法执行的位置。

等等，这个地址是实际的地址吗？例如0x2313212这种？

应该是把，不然怎么叫地址？

但是我已经有动态链接标记的方法指令的起始位置了，你为什么还要整这么长？

哦，那就用偏移值就可以了！

那现在再看，程序计数器，代表的是什么

很显然和方法返回地址一样， 也是指令偏移值， 这样通过动态链接 + 计数器， 就能知道这个方法当前执行到什么位置了， 即使发生了线程切换或者方法返回， 都不用担心了~！

那么再深度扩展一下，根据以上理解，是否能清楚下面这个的原因代码的原因

当你知道远离后，你就不需要记忆这种情况，而是一想背后的实现，就能明白这么写是不对的。

public class Test { 
public static void main(String[] args) { 
   System.out.println("value : " + getValue()); 
} 

public static int getValue() { 
   int i = 1; 
   try { 
        return i; 
   } finally { 
        i++; 
   } 
} 
}

就是在执行 finally 语句块之前，try 或者 catch 语句块会保留其返回值到本地变量表（Local Variable Table）中。待 subroutine 执行完毕之后，再恢复保留的返回值到操作数栈中，然后通过 return 或者 throw 语句将其返回给该方法的调用者（invoker）

因为你要处理finally块时， 操作数栈要腾出来给finally使用， 因此返回值不能放在这，所以整了个局部变量ret放进去， 执行完成返回来。

https://www.jb51.net/article/74771.htm