在 Java 的面試過(guò)程中，不可避免的一個(gè)面試題那就是 JVM ,而 JVM 的面試題中，有各種，比如在堆中會(huì)被問(wèn)到的關(guān)于垃圾回收機(jī)制的相關(guān)問(wèn)題，在棧中會(huì)被問(wèn)到入棧以及出棧的過(guò)程，今天我們就來(lái)聊一下關(guān)于棧的相關(guān)問(wèn)題，比如，棧幀和動(dòng)態(tài)鏈接指的是什么？

JVM

JVM（Java Virtual Machine，Java虛擬機(jī)）是Java平臺(tái)的核心組成部分，它是一個(gè)可以執(zhí)行Java字節(jié)碼的虛擬計(jì)算機(jī)。JVM的主要職責(zé)是加載Java類(lèi)文件，并且根據(jù)這些類(lèi)文件中的定義來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的操作。

JVM（Java Virtual Machine，Java虛擬機(jī)）主要包含以下幾個(gè)組成部分：

類(lèi)加載器（Class Loader）：負(fù)責(zé)加載字節(jié)碼文件到內(nèi)存，將.class文件中的類(lèi)信息加載到JVM中，以便JVM能夠識(shí)別和使用這些類(lèi)。

運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime Data Area）：JVM的核心內(nèi)存空間結(jié)構(gòu)模型，主要包括以下子區(qū)域：

• 方法區(qū)（Method Area）：用于存儲(chǔ)虛擬機(jī)加載的類(lèi)信息、常量、靜態(tài)變量，以及即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。
• 堆（Heap）：存儲(chǔ)Java程序創(chuàng)建的類(lèi)實(shí)例（對(duì)象引用）。這是所有線(xiàn)程共享的內(nèi)存區(qū)域，用于存放對(duì)象實(shí)例。
• Java棧（JVM Stacks）：每個(gè)虛擬機(jī)線(xiàn)程都有一個(gè)私有的棧，用于存儲(chǔ)局部變量、方法參數(shù)以及方法調(diào)用的相關(guān)信息。每個(gè)方法執(zhí)行時(shí)，都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀來(lái)存儲(chǔ)這些信息。
• 程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）：一塊較小的內(nèi)存空間，作為當(dāng)前線(xiàn)程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。它記錄了線(xiàn)程執(zhí)行的當(dāng)前位置。
• 本地方法棧（Native Method Stack）：與Java棧非常相似，但用于支持native方法的執(zhí)行。當(dāng)JVM調(diào)用native方法時(shí)，會(huì)在這個(gè)棧中創(chuàng)建棧幀。

執(zhí)行引擎（Execution Engine）：對(duì)JVM指令進(jìn)行解析，翻譯成機(jī)器碼，然后提交到操作系統(tǒng)中執(zhí)行。它負(fù)責(zé)讀取JVM指令并驅(qū)動(dòng)其執(zhí)行。

本地庫(kù)接口（Native Interface）：允許Java代碼與其他語(yǔ)言寫(xiě)的代碼進(jìn)行交互。它提供了Java調(diào)用其他語(yǔ)言的原生庫(kù)的能力，使得Java程序能夠使用其他語(yǔ)言的庫(kù)和函數(shù)。

本地方法庫(kù)（Native Method Library）：實(shí)現(xiàn)了Java本地方法的具體功能，這些方法是使用其他語(yǔ)言（如C或C++）編寫(xiě)的，并通過(guò)本地庫(kù)接口與Java代碼進(jìn)行交互。

JVM中的棧幀

在Java虛擬機(jī)（JVM）中，棧幀（Stack Frame）是用于支持方法調(diào)用和執(zhí)行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是方法執(zhí)行時(shí)的內(nèi)存模型。每個(gè)方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過(guò)程，都對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧到出棧的過(guò)程。

棧幀存儲(chǔ)了方法的局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。當(dāng)一個(gè)方法被調(diào)用時(shí)，一個(gè)新的棧幀就會(huì)被創(chuàng)建并壓入到虛擬機(jī)棧中，這個(gè)棧幀中保存了方法的局部變量、實(shí)際參數(shù)、操作數(shù)棧、常量池引用等信息。當(dāng)方法執(zhí)行完畢后，這個(gè)棧幀就會(huì)從虛擬機(jī)棧中彈出，接著執(zhí)行上一個(gè)方法棧幀中的操作。

棧幀的結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)部分：

局部變量表（Local Variable Table）：存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類(lèi)型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對(duì)象引用（reference類(lèi)型，它不等同于對(duì)象本身，可能是一個(gè)指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔槪部赡苁侵赶蛞粋€(gè)代表對(duì)象的句柄或其他與此對(duì)象相關(guān)的位置）和returnAddress類(lèi)型（指向了一條字節(jié)碼指令的地址）。

操作數(shù)棧（Operand Stack）：也稱(chēng)為表達(dá)式棧，主要用于保存計(jì)算過(guò)程的中間結(jié)果，同時(shí)作為計(jì)算過(guò)程中變量臨時(shí)的存儲(chǔ)空間。

動(dòng)態(tài)鏈接（Dynamic Linking）：指向運(yùn)行時(shí)常量池的方法引用，使得方法中的符號(hào)引用在運(yùn)行時(shí)可以直接定位到引用的目標(biāo)，比如某個(gè)類(lèi)的成員或者方法。

方法返回地址（Return Address）：存放著調(diào)用該方法的PC寄存器的值。當(dāng)一個(gè)方法執(zhí)行完畢后，會(huì)依賴(lài)這個(gè)方法出口來(lái)恢復(fù)上層方法的執(zhí)行。

圖片

就像上圖這樣，但是看圖的時(shí)候，又會(huì)有人發(fā)出疑問(wèn)，既然動(dòng)態(tài)鏈接都屬于棧幀了，那么為什么還會(huì)再標(biāo)題上把他區(qū)分出來(lái)，我們就來(lái)說(shuō)一下這個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接的問(wèn)題。

棧幀當(dāng)中的動(dòng)態(tài)鏈接

動(dòng)態(tài)鏈接是為了支持動(dòng)態(tài)方法的調(diào)用過(guò)程，這句話(huà)看起來(lái)好像也沒(méi)什么毛病，但是總感覺(jué)很空，對(duì)著面試官如果說(shuō)這句，那肯定還有下文，所以我們換成我們能理解的方式來(lái)解讀一下。

動(dòng)態(tài)鏈接實(shí)際上就是符號(hào)引用轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯右谩?/p>

符號(hào)引用轉(zhuǎn)為直接引用是類(lèi)加載過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵步驟，它發(fā)生在解析階段。符號(hào)引用是編譯原理中的概念，可以包括類(lèi)和接口的全限定名、字段的名稱(chēng)和描述符、方法的名稱(chēng)和描述符等。

這些符號(hào)引用在Java字節(jié)碼中以CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等類(lèi)型的常量來(lái)表示。

而直接引用則是與內(nèi)存布局相關(guān)的，比如直接指向目標(biāo)代碼的指針、相對(duì)偏移量或者是一個(gè)能間接定位到目標(biāo)的句柄。直接引用是與虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存布局緊密相關(guān)的，同一個(gè)符號(hào)引用在不同虛擬機(jī)實(shí)例上甚至在同一虛擬機(jī)實(shí)例的不同類(lèi)加載過(guò)程中可能都會(huì)轉(zhuǎn)換為不同的直接引用。

在類(lèi)加載的解析階段，虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號(hào)引用替換為直接引用的過(guò)程稱(chēng)為解析。解析是類(lèi)加載過(guò)程中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。如果符號(hào)引用無(wú)法進(jìn)行解析，那么將會(huì)拋出一個(gè)異常，比如常見(jiàn)的java.lang.NoClassDefFoundError或java.lang.NoSuchFieldError、java.lang.NoSuchMethodError等。

解析動(dòng)作主要針對(duì)類(lèi)或接口、字段、類(lèi)方法、接口方法、方法類(lèi)型、方法句柄和調(diào)用點(diǎn)限定符7類(lèi)符號(hào)引用進(jìn)行。對(duì)于這7類(lèi)符號(hào)引用，未必一定能在解析階段或第一次使用時(shí)就完成解析，有些符號(hào)引用是在真正使用的時(shí)候才進(jìn)行解析的，這種解析方式稱(chēng)為惰性解析。

總的來(lái)說(shuō)，符號(hào)引用轉(zhuǎn)為直接引用是Java類(lèi)加載過(guò)程中解析階段的一個(gè)重要步驟，它確保了符號(hào)引用能夠被正確地解析為內(nèi)存中的直接引用，從而實(shí)現(xiàn)Java程序的正常運(yùn)行。

所以，你了解棧幀和動(dòng)態(tài)鏈接了么？