程序员：JVM虚拟机-栈执行原理深入详解
什么是JVM
这个大家都应该很熟悉了吧，JVM不就是虚拟机吗？
JAVA虚拟机本质上就是一个程序，当它在命令行上启动的时候，就开始执行保存在某字节码文件中的指令。
JVM可以说离我们既熟悉又陌生，很多朋友可能在工作中接触不到这块技术，但是在面试往往被问到（概率还蛮大），被问到了自认倒霉，死记硬背是没用的，到头来还是的忘，今天给大家说道说道JVM知识点，我要没让你明白算我输，你可以留言喷我，如果要是可以，你们也给我点个赞成不？
初识JVM
相信这张图大家都不陌生，这是整个Java体系，其中包括JDK.JRE.JVM三者的关系。
图中可以看得出来JRE包含了JVM，JDK包含了JRE。
从包含的角度就是： JDK是爷爷 JRE是父亲 JVM是儿子（如果觉得列子不太恰当）来看图
我们来看代码:
public class App {
private String name;
private Object object = new Object();
/***
* 运算
*/
public int add() {
int a = 1;
int b = 2;
int c = (a + b) * 100;
return c;
}
/**
* 程序入口
*/
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
App app = new App();
int result = app.add();
System.out.println(result);
}
}
我们运行上述代码输出结果是300，虽然这个代码非常简单，这个时候已经涉及到JVM相关的知识了，在我们学Java基础的时候老师就告诉我们，Java是跨平台的，一次编写到处运行。
那Java是怎么做到跨平台的？继续看下图：
通过此图大家就不难发现，我们编译的App.class文件可以在windows操作系统运行也可以在linux系统运行，但是两个系统底层的操作指令是不一样的，为了屏蔽底层指令的细节，起到一个跨平台的作用，JVM功不可没，我们常说Java是跨平台还不如说是Jvm跨平台（JRE运行时跨平台）。那Jvm虚拟机是怎么跨平台的？
JVM底层原理
JVM底层由三个系统构成分别是：类加载、运行时数据区、执行引擎。
我们今天重点讲解JVM运行时数据区（栈），其他两块可以关注我之前和后续文章。
我们App.class文件通过类加载子系统从硬盘中读取文件加载到内存中（运行时数据区）。
加载完成之后怎么处理了？（打个比喻 人吃饭 》吃到肚子里》各各器官负责自己工作吸收）
Stack栈
先讲一下其中的一块内存区域虚拟机栈，大家都知道栈是数据结构，也是线程独有的区域，也就是每一个线程都会有自己独立的栈区域。我们运行App.java输出300就靠线程执行得来的结果。是哪个线程执行的？获取线程快照：“main线程”
栈》数据结构》存储内容》先进后出FILO
大家都知道每个方法都有自己的局部变量，比如上图中main方法中的result，add方法中的a b c，那么java虚拟机为了区分不同方法中局部变量作用域范围的内存区域，每个方法在运行的时候都会分配一块独立的栈帧内存区域，我们试着按上图中的程序来简单画一下代码执行的内存活动。
执行main方法中的第一行代码是，栈中会分配main()方法的栈帧，并存储math局部变量,，接着执行add()方法，那么栈又会分配add()的栈帧区域。
这里的栈存储数据的方式和数据结构中学习的栈是一样的，先进后出。当add()方法执行完之后，就会出栈被释放，也就符合先进后出的特点，后调用的方法先出栈。
栈帧
栈帧内部“数据结构”主要由这几个部分组成：局部变量表、操作数栈、方法出口等信息。
说了半天，栈帧到底干嘛用的呀？别急讲这个就会涉及到更底层的原理–字节码。我们先看下我们上面代码的字节码文件。
APP.class文件看着像乱码，其实每个都是有对应的含义的，oracle官方是有专门的jvm字节码指令手册来查询每组指令对应的含义的。那我们研究的，当然不是这个。
jdk有自带一个javap的命令，可以将上述class文件生成一种更可读的字节码文件。
Compiled from "App.java"
public com.App {
public com.App();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: aload_0
5: new #2 // class java/lang/Object
8: dup
9: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
12: putfield #3 // Field object:Ljava/lang/Object;
15: return
public int add();
Code:
0: iconst_1
1: istore_1
2: iconst_2
3: istore_2
4: iload_1
5: iload_2
6: iadd
7: bipush 100
9: imul
10: istore_3
11: iload_3
12: ireturn
public static void main(java.lang.String[]) throws java.lang.InterruptedException;
Code:
0: new #4 // class com/App
3: dup
4: invokespecial #5 // Method "<init>":()V
7: astore_1
8: aload_1
9: invokevirtual #6 // Method add:()I
12: istore_2
13: getstatic #7 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
16: iload_2
17: invokevirtual #8 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
20: return
}
此时的jvm指令码就清晰很多了，大体结构是可以看懂的，类、静态变量、构造方法、add()方法、main()方法。
其中方法中的指令还是有点懵，我们举add()方法来看一下：
Code:
0: iconst_1
1: istore_1
2: iconst_2
3: istore_2
4: iload_1
5: iload_2
6: iadd
7: bipush 100
9: imul
10: istore_3
11: iload_3
12: iretu
这几行代码就是对应的我们代码中add()方法中的四行代码。大家都知道越底层的代码，代码实现的行数越多，因为他会包含一些java代码在运行时底层隐藏的一些细节原理。
那么一样的，这个jvm指令官方也是有手册可以查阅的，网上也有很多翻译版本，大家如果想了解可自行百度。
执行流程
设计代码中的部分指令含义：
第一步：压栈
将int类型常量1压入操作数栈
0: iconst_1
就是将1压入操作数栈
更正：执行流程过程中灰色背景“操作数栈”应改为“局部变量表”（！！！！！！！！！！）。
第二步：存储
将int类型值存入局部变量1
1: istore_1
局部变量1，在我们代码中也就是第一个局部变量a，先给a在局部变量表中分配内存，然后将int类型的值，也就是目前唯一的一个1存入局部变量a
第三步：赋值
这两行代码就和前两行类似了。
2: iconst_2
3: istore_2
第四步：装载
从局部变量2中装载int类型值
4: iload_1
5: iload_2
这两个代码是将局部变量1和2，也就是a和b的值装载到操作数栈中
第五步：加法
执行int类型的加法
6: iadd
iadd指令一执行，会将操作数栈中的1和2依次从栈底弹出并相加，然后把运算结果3在压入操作数栈底。
第六步：压栈
将一个8位带符号整数压入栈
7: bipush 100
这个指令就是将100压入栈
第七步：乘法
执行int类型的乘法
9: imul
这里就类似上面的加法了，将3和100弹出栈，把结果300压入栈
第八步：压栈
将将int类型值存入局部变量3
10: istore_3
这里大家就不陌生了吧，和第二步第三步是一样的，将300存入局部变量3，也就是c
第九步：装载
从局部变量3中装载int类型值
11: iload_3
从局表变量3加载到操作数栈
第十步：返回
返回int类型值
12: ireturn
我们add方法是被main方法中调用的，所以通过方法出口返回到mian方法中result变量存储方法出口说白了不就是方法执行完了之后要出到哪里，那么我们知道上面add()方法执行完之后应该回到main()方法第三行那么当main()方法调用add()的时候，add()栈帧中的方法出口就存储了当前要回到的位置，那么当add()方法执行完之后，会根据方法出口中存储的相关信息回到main()方法的相应位置。看我图中的红线
栈堆关系
main方法中除了result变量还有一个app变量，app变量指向的是一个对象。那对象是怎么存储的？这儿要在说下局表变量表结构：基本类型和引用类型（Java叫引用C C++叫指针）
关系就是：
通过引用在栈中的app变量引用堆中的App对象
总结
讲到这儿相信大家对JVM栈执行原理是不是熟悉了？如果觉得不错欢迎点赞评论。
