Java 虛擬機棧
該區域也是線程私有的，它的生命週期也與線程相同。虛擬機棧描述的是 Java 方法執行的內存模型：每個方法被執行的時候都會同時創建一個棧幀，棧它是用於支持續虛擬機進行方法調用和方法執行的數據結構。對於執行引擎來講，活動線程中，只有棧頂的棧幀是有效的，稱爲當前棧幀，這個棧幀所關聯的方法稱爲當前方法，執行引擎所運行的所有字節碼指令都只針對當前棧幀進行操作。棧幀用於存儲局部變量表、操作數棧、動態鏈接、方法返回地址和一些額外的附加信息。在編譯程序代碼時，棧幀中需要多大的局部變量表、多深的操作數棧都已經完全確定了，並且寫入了方法表的 Code 屬性之中。因此，一個棧幀需要分配多少內存，不會受到程序運行期變量數據的影響，而僅僅取決於具體的虛擬機實現。
在 Java 虛擬機規範中，對這個區域規定了兩種異常情況：
這兩種情況存在着一些互相重疊的地方：當棧空間無法繼續分配時，到底是內存太小，還是已使用的棧空間太大，其本質上只是對同一件事情的兩種描述而已。在單線程的操作中，無論是由於棧幀太大，還是虛擬機棧空間太小，當棧空間無法分配時，虛擬機拋出的都是 StackOverflowError 異常，而不會得到 OutOfMemoryError 異常。而在多線程環境下，則會拋出 OutOfMemoryError 異常。
棧幀(Stack Frame)是用於支持虛擬機進行方法調用和方法執行的數據結構，它是虛擬機運行時數據區的虛擬機棧(Virtual Machine Stack)的棧元素。棧幀存儲了方法的局部變量表，操作數棧，動態連接和方法返回地址等信息。第一個方法從調用開始到執行完成，就對應着一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。main函數是程序的入口函數，所以它會存在於棧底。
棧幀的概念結構如下圖所示：
- 局部變量表
局部變量表是一組變量值存儲空間，用於存放方法參數和方法內部定義的局部變量，其中存放的數據的類型是編譯期可知的各種基本數據類型、對象引用（reference）和 returnAddress 類型（它指向了一條字節碼指令的地址）。局部變量表所需的內存空間在編譯期間完成分配，即在 Java 程序被編譯成 Class 文件時，就確定了所需分配的最大局部變量表的容量。當進入一個方法時，這個方法需要在棧中分配多大的局部變量空間是完全確定的，在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。
局部變量表的容量以變量槽（Slot）爲最小單位。在虛擬機規範中並沒有明確指明一個 Slot 應占用的內存空間大小（允許其隨着處理器、操作系統或虛擬機的不同而發生變化），一個 Slot 可以存放一個32位以內的數據類型：boolean、byte、char、short、int、float、reference 和 returnAddresss。reference 是對象的引用類型，returnAddress 是爲字節指令服務的，它執行了一條字節碼指令的地址(基本用不着了)。對於 64 位的數據類型（long和double），虛擬機會以高位在前的方式爲其分配兩個連續的 Slot 空間。
虛擬機通過索引定位的方式使用局部變量表，索引值的範圍是從 0 開始到局部變量表最大的 Slot 數量，對於 32 位數據類型的變量，索引 n 代表第 n 個 Slot，對於 64 位的，索引 n 代表第 n 和第 n+1 兩個 Slot。
在方法執行時，虛擬機是使用局部變量表來完成參數值到參數變量列表的傳遞過程的，如果是實例方法（非static），則局部變量表中的第 0 位索引的 Slot 默認是用於傳遞方法所屬對象實例的引用，在方法中可以通過關鍵字“this”來訪問這個隱含的參數。其餘參數則按照參數表的順序來排列，佔用從1開始的局部變量 Slot，參數表分配完畢後，再根據方法體內部定義的變量順序和作用域分配其餘的 Slot。
局部變量表中的 Slot 是可重用的，方法體中定義的變量，作用域並不一定會覆蓋整個方法體，如果當前字節碼PC計數器的值已經超過了某個變量的作用域，那麼這個變量對應的 Slot 就可以交給其他變量使用。這樣的設計不僅僅是爲了節省空間，在某些情況下 Slot 的複用會直接影響到系統的而垃圾收集行爲。
2、操作數棧
- 操作數棧又常被稱爲操作棧，操作數棧的最大深度也是在編譯的時候就確定了。32 位數據類型所佔的棧容量爲 1,64 位數據類型所佔的棧容量爲 2。當一個方法開始執行時，它的操作棧是空的，在方法的執行過程中，會有各種字節碼指令（比如：加操作、賦值元算等）向操作棧中寫入和提取內容，也就是入棧和出棧操作。
- Java 虛擬機的解釋執行引擎稱爲“基於棧的執行引擎”，其中所指的“棧”就是操作數棧。因此我們也稱 Java 虛擬機是基於棧的，這點不同於 Android 虛擬機，Android 虛擬機是基於寄存器的。
- 基於棧的指令集最主要的優點是可移植性強，主要的缺點是執行速度相對會慢些；而由於寄存器由硬件直接提供，所以基於寄存器指令集最主要的優點是執行速度快，主要的缺點是可移植性差。
3、動態鏈接
- 每個棧幀都包含一個指向運行時常量池（在方法區中，後面介紹）中該棧幀所屬方法的引用，持有這個引用是爲了支持方法調用過程中的動態連接。Class 文件的常量池中存在有大量的符號引用，字節碼中的方法調用指令就以常量池中指向方法的符號引用爲參數。這些符號引用，一部分會在類加載階段或第一次使用的時候轉化爲直接引用（如 final、static 域等），稱爲靜態解析，另一部分將在每一次的運行期間轉化爲直接引用，這部分稱爲動態連接。
4、方法返回地址
- 當一個方法被執行後，有兩種方式退出該方法：執行引擎遇到了任意一個方法返回的字節碼指令或遇到了異常，並且該異常沒有在方法體內得到處理。無論採用何種退出方式，在方法退出之後，都需要返回到方法被調用的位置，程序才能繼續執行。方法返回時可能需要在棧幀中保存一些信息，用來幫助恢復它的上層方法的執行狀態。一般來說，方法正常退出時，調用者的 PC 計數器的值就可以作爲返回地址，棧幀中很可能保存了這個計數器值，而方法異常退出時，返回地址是要通過異常處理器來確定的，棧幀中一般不會保存這部分信息。
- 方法退出的過程實際上等同於把當前棧幀出站，因此退出時可能執行的操作有：恢復上層方法的局部變量表和操作數棧，如果有返回值，則把它壓入調用者棧幀的操作數棧中，調整 PC 計數器的值以指向方法調用指令後面的一條指令。
最後看一個小小的栗子理解一下概念
import java.lang.*;
class Test{
public int calc(){
int a = 100;
int b = 200;
int c = 300;
return (a*b)*c;
}
}javac Test.java 編譯該程序
javap -verbose Test 查看java編譯後class文件的字節碼(反彙編)
結果看下面：
Classfile /home/panlu/Programs/java實驗/Test.class
Last modified 2015-11-19; size 262 bytes
MD5 checksum 9e8f73723448cc61033ada1236b12d3e
Compiled from "Test.java"
class Test
minor version: 0
major version: 52
flags: ACC_SUPER
Constant pool:
#1 = Methodref #3.#12 // java/lang/Object."<init>":()V
#2 = Class #13 // Test
#3 = Class #14 // java/lang/Object
#4 = Utf8 <init>
#5 = Utf8 ()V
#6 = Utf8 Code
#7 = Utf8 LineNumberTable
#8 = Utf8 calc
#9 = Utf8 ()I
#10 = Utf8 SourceFile
#11 = Utf8 Test.java
#12 = NameAndType #4:#5 // "<init>":()V
#13 = Utf8 Test
#14 = Utf8 java/lang/Object
{
Test();
descriptor: ()V
flags:
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
LineNumberTable:
line 9: 0
public int calc();
descriptor: ()I
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=4, args_size=1
0: bipush 100
2: istore_1
3: sipush 200
6: istore_2
7: sipush 300
10: istore_3
11: iload_1
12: iload_2
13: imul
14: iload_3
15: imul
16: ireturn
LineNumberTable:
line 11: 0
line 12: 3
line 13: 7
line 14: 11
}
SourceFile: "Test.java"
解釋一下這個圖片：
程序計數器從0號開始指示，每執行一句往下計數，爲什麼從0直接跳到2了呢？偏移量增加2是因爲bipush指令佔用一個偏移量 參數100也佔用了一個偏移量。
0: bipush 100 //將100壓棧
2: istore_1 //將100出棧放那放入局部變量的1號Slot內
//200 300如上
11: iload_1 //將局部變量區的第1個變量壓入棧
12: iload_2 //將局部變量區的第2個變量壓入棧
13: imul //將棧中的兩個數據取出來進行相乘再放入操作棧中
14: iload_3
15: imul
16: ireturn //返回