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操作数栈

概念

操作数栈：Operand Stack

每一个独立的栈帧除了包含局部变量表以外，还包含一个后进先出（Last - In - First -Out）的 操作数栈，也可以称之为 表达式栈（Expression Stack）

操作数栈，在方法执行过程中，根据字节码指令，往栈中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。使用它们后再把结果压入栈

• 比如：执行复制、交换、求和等操作

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，当一个方法刚开始执行的时候，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。

这个时候数组是有长度的，因为数组一旦创建，那么就是不可变的

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期就定义好了，保存在方法的Code属性中，为maxstack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的类型占用两个栈单位深度

操作数栈并非采用访问索引的方式来进行数据访问的，只能通过标准的入栈和出栈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，这由编译器在编译器期间进行验证，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。

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。

操作数栈的代码追踪

我们给定代码

public void testAddOperation() {            byte i = 15;            int j = 8;            int k = i + j;    }

使用javap 命令反编译class文件： javap -v 类名.class

byte、short、char、boolean 内部都是使用int型来进行保存的

从上面的代码我们可以知道，我们都是通过bipush对操作数 15 和 8进行入栈操作

同时使用的是 iadd方法进行相加操作，i -> 代表的就是 int，也就是int类型的加法操作

此时，PC寄存器指向0位置，操作数15入栈，bipush，是byte类型的。

指令地址为1位置放的可能是15，所以下一步的操作指令的指令地址为2，将操作数栈中的数放入局部变量表中为1的位置，为什么不是0，因为这是非静态方法，索引为0的位置是this

 然后PC+1，指向的是下一行。让操作数8也入栈，注意，这里使用的是bipush，即将int类型的8看作是byte，因为byte类型的足够表示，如果此时这个数为800即为sipush，即看作是short类型，说明，是按大小来分配格式的，同时执行store操作，存入局部变量表中，以int格式存储。

PC+1, 然后从局部变量表中，依次将局部变量表索引为1和2的数据取出来，放入操作数栈中。

 PC+1，然后将操作数栈中的两个元素执行相加操作，放入栈顶，PC+1，将栈顶元素放入局部变量表中索引为3的位置。

最后PC寄存器的位置指向10，也就是return方法，无返回值，直接退出方法。

栈顶缓存技术（了解）

栈顶缓存技术：Top Of Stack Cashing

前面提过，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（Tos，Top-of-Stack Cashing）技术，将栈顶元素全部缓存在物理CPU的寄存器中，以此降低对内存的读/写次数，提升执行引擎的执行效率。

寄存器：指令更少，执行速度快

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