- 局部变量表
- 操作数栈
- 动态链接
- 方法缓存地址
由于跨平台设计，Java指令都是根据栈来设计的，不同平台CPU架构不同，所以不能设计为基于寄存器的。
优点：跨平台、指令集小、编译器实现容易。
缺点：性能下降，实现相同功能需要更多的指令。
概述栈是运行时单位，而堆是存储单位。
栈解决程序运行问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据。堆解决数据存储问题，即数据怎么存、存在哪里。
Java虚拟机栈 - Java Virtual Machine Stack早期叫做Java栈，每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，内部保存栈帧，对应Java方法调用。
线程私有。
生命周期和线程一致。
管理Java程序运行，保存方法的局部变量、部分结果，参与方法的调用和返回。
栈的特点- 快速存储，速度仅次于寄存器
- 每个方法执行，伴随着入栈
- 方法执行结束，出栈
- 不存在垃圾回收问题
- StackOverflowError
- OutOfMemoryError
JVM参数-Xss可以设置线程的最大栈空间，栈的大小直接决定了方法调用的最大可达深度。
方法调用的最大可达深度：
- 递归
- 循环
每个线程都有自己的栈，栈里面的数据都是以栈帧的形式存在。
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。
栈运行原理JVM直接对Java栈的操作只有压栈和出栈，遵循先进后出原则。
在一个活动线程上，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即栈顶是有效的，这个栈帧被称为当前栈帧，与当前栈帧对应的方法就是当前方法。
执行引擎运行的所有字节码指令只针对当前栈帧进行操作。
如果在该方法中调用其他方法，对应的新的栈帧会被创建，放在栈顶，称为新的当前栈帧。
不同线程所包含的栈帧不允许互相引用，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，然后虚拟机会丢弃当前栈帧，使前一个栈帧重新成为当前栈帧。
Java方法有两种返回方式，一种是正常返回，使用return指令，另外一种是抛出异常，这两种方式都会使栈帧弹出。
栈帧内部结构- 局部变量表
- 操作数栈
- 动态链接
- 方法返回地址
也被称为局部变量数组或本地变量表。
定义一个数字数组，主要用于存储方法参数和定义在方法内部的局部变量，这些数据类型包括各种基本数据类型、对象引用，以及returnAddress类型。
由于局部变量表是建立在线程栈上，是线程私有的，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，在方法运行期间是不会改变局部变量表大小的。
方法嵌套调用次数由栈大小决定，一般来说，栈越大，方法嵌套调用次数越多，对于一个方法来说，他的参数和局部变量表越多，使得局部变量表膨胀，栈帧就越大，以满足方法调用所需传递的信息量。进而方法调用就会占用更多的栈空间，导致嵌套次数减少。
局部变量表的变量只在当前方法有效，在方法执行时，虚拟机通过局部变量表完成参数值到参数变量列表的传递过程，当方法调用结束，随着方法栈帧的销毁，局部变量表也会销毁。
slot参数值的存放总是在局部变量表数组的index 0开始，到数组长度 - 1索引结束。
局部变量表中存放编译期可知的各种基本数据类型、引用类型、returnAddress类型的变量。
在局部变量表中，32位以内的类型只占用一个slot槽，64位类型占用2个slot槽。
JVM会为局部变量表中的每一个slot都分配一个访问索引，通过这个索引可以访问局部变量表中的变量。
当一个实例方法被调用时，它的方法参数和方法内部定义的局部变量表将会按照顺序被复制到局部变量表的每一个slot中。
如果需要访问局部变量表的一个64位的变量，只需要使用前一个索引即可。
如果当前帧是由构造方法或者实例方法创建的，那么该对象引用this将会存放在index 0的slot处，其余参数按照顺序存放。
局部变量表的slot是可以重用的，如果一个局部变量出了作用域，那么在其作用域之后声明的其他变量很可能重用这些slot槽，达到节省资源的目的。
静态变量 vs 局部变量参数表分配完毕，再根据方法内部定义的变量的顺序和作用域分配。
类变量有两次初始化，第一次是准备阶段，执行系统初始化，对类变量设置0值，另一次是初始化阶段，赋予在代码中定义的初始值。
和类变量初始化不同，局部变量表不存在系统初始化过程，这意味着一旦定义了局部变量则必须显式初始化，否则编译错误。
补充在栈帧中，与性能调优关系最为密切的部分就是局部变量表，在方法执行时，虚拟机使用局部变量表完成方法的传递。
局部变量表中的变量也是垃圾回收的根节点，只要被局部变量表中直接或间接引用的对象都不会被回收。
操作数栈 - operand stack 操作数栈每一个独立栈帧中除了包含局部变量表外，还包含一个先进后出的操作数栈，也被称为表达式栈。
在方法执行过程中，根据字节码指令，向栈写入数据或提取数据，即入栈和出栈。
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。
比如执行复制、交换、求和等。
进阶如果被调用的方法有返回值，其返回值会被压入当前栈帧的操作数栈，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，这由编译器的编译期间进行验证，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。
Java虚拟机的解释引擎是基于栈的执行引擎，就是操作数栈。
操作数栈主要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，当一个方法开始执行，一个新的栈帧就会被创建，操作数栈是空的。
每一个操作数栈都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了，保存在方法的code属性中。
栈的任何一个元素都可以是任意的Java数据类型。
- 32位类型占用一个栈单位深度。
- 64位类型占用两个栈单位深度。
操作数栈并非使用访问索引方式访问，而是只能通过标准的入栈、出栈方式来访问。
代码追踪 栈顶缓存技术基于栈架构的虚拟机使用的零地址指令更加紧凑，但是完成一个操作的时候必然需要使用更多的入栈和出栈操作指令，这同时也就意味着需要更多的指令分派次数和内存读写。
由于操作数是存储在内存的，因此频繁的执行读写必然影响执行速度，为了解决这个问题，Hotspot JVM设计者提出了栈顶缓存技术，将栈顶元素全部缓存在物理CPU的寄存器中，以此降低内存读写次数，提升执行效率。
动态链接 概述每一个栈帧内部都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用。包含这个引用的目的就是为了支持当前方法的代码能够实现动态链接。
在Java源文件被编译为字节码文件时，所有的变量和方法引用都作为符号保存在class文件的常量池中。比如描述一个方法调用了另外一个方法，就是通过常量池中指向方法的符号引用来表示，那么动态链接的作用就是将这些符号引用转换为调用方法的直接引用。
运行时常量池：为了提供符号和常量，便于指令识别。
方法调用在JVM中，将符号引用转换为调用方法的直接引用与方法的绑定机制相关。
静态链接：当一个字节码文件被装载进JVM内部时，如果被调用的目标方法在编译期可知，且运行期保持不变，这种情况下将调用方法的符号引用转换为直接引用的过程就是静态链接。
动态链接：如果被调用方法在编译期无法确定，只能在运行期间将调用方法的符号引用转换为直接引用，由于这种引用转换过程具备动态性，因此被称为动态链接。
虚方法 vs 非虚方法非虚方法：如果方法在编译期就可以确定下来具体的调用版本，这个版本在运行时是不可变的，这样的方法称为非虚方法。
静态方法、私有方法、final方法、实例构造器、父类方法都是非虚方法。
其余的就是虚方法。
普通调用指令：
- invokestatic - 静态方法，解析阶段确定唯一方法版本
- invokespecial - 调用
方法、私有及父类方法，解析阶段确定唯一方法版本 - invokevirtual - 调用所有虚方法
- invokeinterface - 调用接口方法
动态调用指令：invokedynamic - 动态解析出需要调用的方法。
前四种指令固化在虚拟机内部，方法的调用执行不可人为干预，而invokedynamic指令支持由用户确定方法版本，其中invokestatic和invokespecial指令调用的方法是非虚方法，其余的final方法外的是虚方法。
invokedynamic指令Java7增加了一个invokedynamic指令，这是为了实现动态类型语言的改进。
但是Java7没有提供直接生成invokedynamic指令的方法，需要借助ASM这种底层字节码工具来产生invokedynamic指令。直到Java8的Lambda表达式出现，invokedynamic指令的生成在Java中才有了直接的生成方式。
Java7中增加的动态语言类型支持的本质是对Java虚拟机规范的修改，而不是对Java语言规则的修改。
动态类型语言 vs 静态类型语言动态类型语言和静态类型语言的区别就在于对类型的检查是在编译期还是在运行期，满足前者就是静态语言，满足后者就是动态语言。
方法重写的本质- 找到操作数栈顶的第一个元素所执行的对象的实际类型，记做C
- 如果在类型C中找到了与常量中的描述符合、简单名称都符合的方法，则进行访问权限校验，如果通过则返回这个方法的直接引用，查找结束，如果不通过，则返回java.lang.IllegalAccessError异常
- 否则，按照继承关系从下往上依次对C的各个父类进行第二次查找和校验
- 如果始终没有找到合适的方法，则抛出java.lang.AbstractMethodError异常
IllegalAccessError介绍：程序试图访问或修改一个属性或调用一个方法，这个属性或方法，没有权限访问，一般这个会引起编译错误，如果发生在运行期间，说明API不兼容。
虚方法表在面向对象编程中，会很频繁的使用到动态分派，如果在每次动态分派过程中都要重新在类的方法元数据中搜索合适的目标方法就很影响执行效率，因此，JVM使用在类方法区建立一个虚方法表来实现，使用索引表来代替查找。
每个类都有一个虚方法表，表里面存放着各个虚方法的实际入口。
虚方法表在类加载的链接阶段被创建并初始化，类的变量初始值准备完成之后，JVM会把该类的方法表也初始化完成。
方法返回地址存放调用该方法的PC寄存器的值。
一个方法结束，有两种方式：
- 正常执行完毕
- 出现未处理的异常，非正常退出
无论哪种方式，在方法退出后都返回到该方法被调用的位置。
方法正常退出时，调用者的PC寄存器的值作为返回地址，即调用该方法的指令的下一条指令的地址。
而异常退出时，返回地址是要通过异常表来确定，栈帧中一般不会保存这部分信息。
在方法执行过程中遇到异常，并且这个异常没有在方法内部进行处理，也就是只要在本方法的异常表中没有搜索到匹配的异常处理器，就会导致方法退出，被称为异常完成出口。
方法执行过程中抛出异常时的异常处理，存在一个异常处理表中，方便在发生异常时找到对应的处理代码。
本质上，方法的退出就是当前栈帧出栈的过程，此时，需要恢复上层方法的局部变量表、操作数栈、将返回值压入调用者的栈帧的操作数栈、设置PC寄存器的值等，让调用者方法继续执行。
正常完成出口和异常完成出口的区别在于：通过异常完成出口退出不会给上层调用者返回值。
