在上一篇中，我们学习了类加载子系统。 本节详细介绍运行时数据区中的pc寄存器和虚拟机堆栈。
1 .程序计数器(PC寄存器) JVM中的程序计数器(寄存器Program Counter Register )、Register的命名来源于CPU的寄存器，寄存器存储与指令有关的信息。 中央处理器
必须将数据加载到寄存器中才能执行。 JVM内的PC寄存器是物理PC寄存器的抽象模拟。
1.1角色PC寄存器用于存储指向下一个指令的地址，即即将执行的指令代码。 执行引擎读取以下命令：
那是个小内存空间，几乎可以忽略。 它也是运行速度最快的存储区，在jvm规范中，每个线程都有自己的程序计数器，线程是专用的。 生命周期和线程匹配。 无论何时，一个线程只运行一种方法。 也就是现在的方法。 程序计数器存储当前线程正在执行的java方法的JVM指令地址，或者如果native方法正在执行，则存储未指定的值(undefined )。 这对于程序控制流指示器、分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等功能是必需的。 字节码解释器通过更改此计数器的值并选择下一个要执行的字节码命令来工作。 寄存器还使用java虚拟机中唯一没有OOM的区域1.2代码示例javap -v xxx.class反向编译字节码文件，并显示命令等信息
1.3面试时经常问1 .在PC寄存器中保存字节码的指令地址有什么作用？
由于cpu必须不断切换各个线程，所以切换回来后需要知道从哪里执行，JVM的字节码解释器是相通的
pc寄存器的值更改太多，决定第二天指令应该执行什么样的字节码命令。
2 .电脑寄存器为什么要专门设计线程？
我们知道多线程是指在特定时间段运行其中一个线程的方法。 CPU不断进行任务切换。 因此，必然会导致频繁的中断和恢复。 怎么做到毫厘不爽呢？为了能够准确地记录各个线程正在执行的当前字节码指令地址，最好的办法自然是为每一个线程都分配一个PC寄存器，允许线程之间进行独立计算，从而避免相互干扰。
由于CPU时间片的限制，许多线程在并发执行过程中，在某个特定时间点，一个处理器或多核处理器中的一个内核只执行一个线程中的一个指令。
这必然会导致频繁的中断和恢复，如何保证点不错呢？ 每个线程创建后生成自己的程序计数器和堆栈帧，程序计数器在每个线程之间互不影响。
CPU时间片CPU时间片(即，CPU )分配每个程序的时间并为每个线程分配一个时间段。 被称为打卡
在宏上，可以同时打开多个APP应用程序。 每个APP应用程序并行执行。 但是，在微观上，由于只有一个CPU，所以一次只能处理程序的部分请求。 如何公平处理，一个方法是引入时间片，按程序顺序运行。
并行和并行：同时运行多个线程
并发：在一个内核中快速切换多个线程，使其按顺序运行。 看起来像并行的，但实际上是同时执行的
2 .虚拟机堆栈2.1虚拟机堆栈java虚拟机堆栈(java虚拟机堆栈)在早期也被称为java堆栈。 每个线程在创建时创建虚拟机堆栈，并在其内部保存堆栈帧。 对应于此java调用。 他是线程的私有者，其生命周期和线程具有一致的作用。 主管java程序的执行，方法的局部变量(8种基本数据类型，对象的引用地址)、参与调用和返回方法的2.2内存中的堆栈是运行时单元，堆是存储单元(堆栈) 一般来说，对象主要放置在堆区域中，存储在运行时数据区域的相对较大的堆栈区域中。 基本数据类型的局部变量和引用数据类型的对象引用2.3堆栈的特征堆栈是快速高效的存储分配方法，访问速度仅次于pc寄存器JVM，直接操作java堆栈对堆栈的输入和堆栈来说是垃圾回收
如果使用固定大小的Java虚拟机堆栈，则可以在创建线程时单独选择每个线程的Java虚拟机堆栈容量。 如果线程请求分配的堆栈容量超过了java虚拟机堆栈允许的最大容量，java虚拟机将抛出Java栈的大小是动态的或者是固定不变的异常
如果java虚拟机堆栈是动态可扩展的，在尝试扩展时无法请求足够的内存，或者在创建新线程时没有足够的内存来创建相应的虚拟机堆栈，则java虚拟机为http://www.Sina
3堆栈的存储结构和工作原理3.1堆栈框架是什么？ 每个线程都有自己的堆栈帧，堆栈中的数据以堆栈帧的形式存在，在线程中执行的每个方法都有自己的堆栈帧堆栈帧是内存块、数据集，以及正在执行该方法的各种数据也就是说，只有当前正在运行的方法的堆栈帧(堆栈顶部的堆栈帧)有效，该堆栈帧称为StackOverFlowError，是与当前堆栈帧相对应的方法
就是当前方法（Current Frame）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再该方法中调用了其他方法，对应的新的栈帧就会被创建出来，放在栈的顶端，成为新的当前栈帧不同线程中所包含的栈帧是不允许相互引用的，即不可能一个栈帧中，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，接着，虚拟机会丢弃当前栈帧，使得前一个栈帧重新成为当前栈帧java方法有两种返回函数方式，一种是正常的函数返回，使用return指令，另外一种是抛出异常。不管哪种方式，都会导致栈帧被弹出 3.2栈帧的内部结构 局部变量表（Local Variables 简称LV）操作数栈或者表达式栈（Operand Stack 简称OS）动态链接或者运行时常量池的方法引用（Dynamic Liking）方法的返回地址（Return Address）一些附加信息3.3局部变量表 局部变量表也被称作局部变量数组或者本地变量表定义一个数字数组，主要用于存放方法参数和定义在方法体内的局部变量这些数据类型包括各类型基本数据类型，对象引用，以及return adress由于局部变量表是建立在对象的栈上，是线程私有数据，因此不存在数据安全问题局部变量表所需要的容量大小是在编译期间就定义好的，并保存在方法的Code属性的maximum local variables 数据项中。方法运行期间，不会改变局部变量表的大小的方法嵌套调用的次数由栈的大小决定。一般来说，栈越大，方法嵌套调用次数越多。对一个函数而言，他的参数和局部变量越多，使得局部变量表膨胀，它的栈帧就越大，以满足方法调用所需传递的信息增大的需求。进而函数调用就会占用更多的栈空间，导致其嵌套调用次数就会减少。局部变量表中的变量只在当前的方法调用中有效。在方法执行时，虚拟机通过使用局部变量表完成参数值到参数变量列表的传递过程。当方法调用结束后随着方法栈帧的销毁而随之销毁
利用javap命令对字节码文件进行解析查看，局部变量表:
也可以在IDEA 上安装jclasslib byte viewcoder插件查看字节码信息,以main()方法为例
3.4变量槽slot的理解与演示 参数值的存放总是在局部变量表数组的index0开始，到数组长度的-1的索引结束局部变量表，最基本的存储单元是Slot（变量槽）局部变量表中存放编译期可知的各种基本数据类型（8种），引用类型（reference），returnAddress类型的变量在局部变量表里，32位以内的类型只占一个slot（包括returnAddress类型），64位的类型（long和dubbo）占两个slot JVM会为局部变量表中的每一个Slot都分配一个访问索引，通过这个索引即可成功访问到局部变量表中指定的局部变量值当一个实例方法被调用的时候，它的方法参数和方法体内部定义的局部变量将会按照顺序复制到局部变量表中的每一个Slot上如果需要访问局部变量表中一个64bit的局部变量值时，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为0的slot处，其余的参数按照参数表顺序排列3.5 solt的重复利用栈帧中的局部变量表中的槽位是可以重用的，如果一个局部变量过了其作用域，那么在其作用域之后声名的新的局部变量就很有可能会复用过期局部变量的槽位，从而达到节省资源的目的。
4 操作数栈 操作数栈，主要用于保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间。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的时候，一个新的栈帧也会随之被创建出来，这个方法的操作数栈是空的每一个操作数栈都会拥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器就定义好了，保存在方法的code属性中，为max_stack的值。栈中的任何一个元素都是可以任意的java数据类型 32bit的类型占用一个栈单位深度64bit的类型占用两个栈深度单位操作数栈并非采用访问索引的方式来进行数据访问的，而是只能通过标砖的入栈push和出栈pop操作来完成一次数据访问如果被调用的方法带有返回值的话，其返回值将会被压入当前栈帧的操作数栈中，并更新PC寄存器中下一条需要执行的字节码指令。操作数栈中的元素的数据类型必须与字节码指令的序列严格匹配，这由编译器在编译期间进行验证，同时在类加载过程中的类验证阶段的数据流分析阶段要再次验证。另外，我们说Java虚拟机的解释引擎是基于栈的执行引擎,其中的栈指的就是操作数栈。
结合上图结合下面的图来看一下一个方法（栈帧）的执行过程4.1栈顶缓存技术ToS（Top-of-Stack Cashing） 基于栈式架构的虚拟机所使用的零地址指令更加紧凑，但完成一项操作的时候必然需要使用更多的入栈和出栈指令，这同时也就意味着将需要更多的指令分派（instruction dispatch）次数和内存读/写次数由于操作数是存储在内存中的，因此频繁地执行内存读/写操作必然会影响执行速度。为了解决这个问题，HotSpot JVM的设计者们提出了栈顶缓存技术，将栈顶元素全部缓存在屋里CPU的寄存器中，以此降低对内存的读/写次数，提升执行疫情的执行效率5 动态链接 每一个栈帧内部都包含一个指向运行时常量池或者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。比如invokedynamic指令在java源文件被编译成字节码文件中时，所有的变量和方法引用都作为符号引用，保存在class文件的常量池里，比如描述一个方法调用其他方法时，就是通过常量池指向方法的符号引用来表示的，那么动态链接的作用就是为了将这些符号引用转换为调用方法的直接引用
为什么需要常量池呢
常量池的作用，就是为了提供一些符号和常量，便于指令的识别。
** 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，且运行期保持不变时。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称之为静态链接。动态链接
如果被调用的方法在编译期无法被确定下来，也就是说，只能够在程序运行期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，因此也就被称之为动态链接。
对应的方法的绑定机制为：早起绑定（Early Binding）和晚期绑定（Late Bingding）。绑定是一个字段、方法或者类在符号引用被替换为直接引用的过程，这仅仅发生一次。
早期绑定早期绑定就是指被调用的目标方法如果在编译期可知，且运行期保持不变时，即可将这个方法与所属的类型进行绑定，这样一来，由于明确了被调用的目标方法究竟是哪一个，因此也就可以使用静态链接的方式将符号引用转换为直接引用。晚期绑定
如果被调用的方法在编译期无法被确定下来，只能够在程序运行期根据实际的类型绑定相关的方法，这种绑定方式也就被称之为晚期绑定。
随着高级语言的横空出世，类似于java一样的基于面向对象的编程语言如今越来越多，尽管这类编程语言在语法风格上存在一定的差别，但是它们彼此之间始终保持着一个共性，那就是都支持封装，集成和多态等面向对象特性，既然这一类的编程语言具备多态特性，那么自然也就具备早期绑定和晚期绑定两种绑定方式。
Java中任何一个普通的方法其实都具备虚函数的特征，它们相当于C++语言中的虚函数（C++中则需要使用关键字virtual来显式定义）。如果在Java程序中不希望某个方法拥有虚函数的特征时，则可以使用关键字final来标记这个方法。
子类对象的多态性使用前提：①类的继承关系②方法的重写
非虚方法:
方法在编译期就确定了具体的调用版本，这个版本在运气是是不可变的静态方法，私有方法，final方法，实例构造器，父类方法都是非虚方法虚拟机中提供了以下几条方法调用指令：
普通调用指令：
1.invokestatic：调用静态方法，解析阶段确定唯一方法版本；
2.invokespecial:调用方法、私有及弗雷方法，解析阶段确定唯一方法版本；
3.invokevirtual调用所有虚方法；
4.invokeinterface：调用接口方法；
动态调用指令：
5.invokedynamic：动态解析出需要调用的方法，然后执行 .
前四条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指令则支持由用户确定方法版本。其中invokestatic指令和invokespecial指令调用的方法称为非虚方法，其余的（final修饰的除外）称为虚方法。
关于invokedynamic指令
JVM字节码指令集一直比较稳定，一直到java7才增加了一个invokedynamic指令，这是Java为了实现【动态类型语言】支持而做的一种改进但是java7中并没有提供直接生成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表达式的出现，invokedynamic指令的生成，在java中才有了直接生成方式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，这一块相对来讲比较复杂，增加了虚拟机中的方法调用，最直接的受益者就是运行在java凭条的动态语言的编译器动态类型语言和静态类型语言
动态类型语言和静态类型语言两者的却别就在于对类型的检查是在编译期还是在运行期，满足前者就是静态类型语言，反之则是动态类型语言。直白来说 静态语言是判断变量自身的类型信息；动态类型预言师判断变量值的类型信息，变量没有类型信息，变量值才有类型信息,这是动态语言的一个重要特征Java是静态类型语言（尽管lambda表达式为其增加了动态特性），js，python是动态类型语言.5.4方法重写的本质 找到操作数栈的第一个元素所执行的实际对象，记作C。如果在类型C中与常量中的描述符合简单名称都相符的方法，则进行权限校验，如果通过则返回这个方法的直接引用，查找过程结束，如果不通过，则返回java.lang.IllegalAccessError异常。否则，按照继承关系关系从下往上依次对c的各个父类进行第二步的搜索和验证过程如果始终没有找到合适的方法，则抛出java.lang.AbstractMethodError异常。
5.5虚方法表 在面向对象编程中，会很频繁期使用到动态分派，如果在每次动态分派的过程中都要重新在累的方法元数据中搜索合适的目标的话就可能影响到执行效率。因此，为了提高性能，jvm采用在类的方法区建立一个虚方法表（virtual method table）（非虚方法不会出现在表中）来实现。使用索引表来代替查找。每个类中都有一个虚方法表，表中存放着各个方法的实际入口。那么虚方法表什么时候被创建？ 虚方法表会在类加载的链接阶段被创建 并开始初始化，类的变量初始值准备完成之后，jvm会把该类的方发表也初始化完毕。 5.6方法的返回地址 存放调用该方法的PC寄存器的值。一个方法的结束，有两种方式： 正常执行完成出现未处理的异常，非正常退出无论通过哪种方式退出，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计数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。而通过异常退出时，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。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、将返回值也如调用者栈帧的操作数栈、设置PC寄存器值等，让调用者方法继续执行下去。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的不会给他的上层调用者产生任何的返回值5.7 附加信息
栈帧中还允许携带与java虚拟机实现相关的一些附加信息。例如，对程序调试提供支持的信息。（很多资料都忽略了附加信息）