1. 虚拟机栈概述

虚拟机栈不存在GC,但存在OOM,程序计数器二者都不存在

2. 栈的存储单位

3. 局部变量表

变量的分类：按照数据类型分：① 基本数据类型 ② 引用数据类型
按照在类中声明的位置分：① 成员变量：在使用前，都经历过默认初始化赋值
类变量： linking的prepare阶段：给类变量默认赋值 —> initial阶段：给类变量显式赋值即静态代码块赋值
实例变量：随着对象的创建，会在堆空间中分配实例变量空间，并进行默认赋值
② 局部变量：在使用前，必须要进行显式赋值的！否则，编译不通过

4. 操作数栈

public class OperandStackTest {
    public void test() {
        byte i = 15;
        short j = 8;
        int k = i + j;
    }
}

javap -v OperandStackTest.class

byte、 short、 char、boolean:在往操作数栈存储时都以int型来保存
stack=2,locals=4 表示操作数栈的大小为2，局部变量表的大小为4

bipush 15在byte表数范围，所以是b,因为是存储int类型，所以是i。push代表是入操作数栈
istore_1 代表出操作数栈放入局部变量表。_1代表是索引为1的位置。索引为0的位置放置的this（非静态方法）。
iload_1 代表把入栈，把局部变量表索引为1的数据入操作数栈
iadd 需要执行引擎翻译成机器指令交由CPU执行。表现就是把操作数栈中的元素出栈相加然后结果入栈

5. 动态链接

动态链接(或指向运行时常量池的方法引用)
每一个栈帧内部都包含一个指向运行时常量池中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( Dynamic Linking)。比如: invokedynamic指令

在Java源文件被编译到字节码文件中时，所有的变量和方法引用都作为符号引用( symbolic Reference）保存在class文件的常量池里。比如:描述一个方法调用了另外的其他方法时，就是通过常量池中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。

字节码文件中的常量池
静态字节码文件中的常量池，代码运行起来后就是方法区中的运行时常量池
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。

6. 方法的调用

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:早期绑定（Early Binding）和晚期绑定(Late Binding）。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、继承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。

虚方法与非虚方法
非虚方法:
如果方法在编译期就确定了具体的调用版本，这个版本在运行时是不可变的。这样的方法称为非虚方法。
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。
其他方法称为虚方法。
子类对象的多态性的使用前提:1类的继承关系②方法的重写

虚拟机中提供了以下几条方法调用指令:
普通调用指令:
invokestatic:调用静态方法，解析阶段确定唯一方法版本
invokespecial:调用方法、私有及父类方法，解析阶段确定唯一方法版本3. invokevirtual:调用所有虚方泫
invokeinterface:调用接口方法
动态调用指令:
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千预，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。

方法的调用:关于invokeynamic指令

JVM字节码指令集一直比较稳定，一直到Java7中才增加了一个
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。

但是在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中才有了直接的生成方式。
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平台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区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，反之是动态类型语言。
说的再直白一点就是，静态类型语言是判断变量自身的类型信息;动态类型语言是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: string info = “atguigu” ; linfo = atguigu;// 报错
JS: var name = “shkstart” ; var name = 10;
Python: info = 130.5;

JVM字节码指令集一直比较稳定，一直到Java7中才增加了一个
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。

但是在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中才有了直接的生成方式。

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平台的动态语言的编译器。

方法的调用∶方法重写的本质

1)找到操作数栈顶的第一个元素所执行的对象的实际类型，记作C.
2)如果在类型c中找到与常量中的描述符合简单名称都相符的方法，则进行访问权限校验，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。
3)否则，按照继承关系从下往上依次对c的各个父类进行第2步的搜索和验证过程。
4)如果始终没有找到合适的方法，则抛出java.lang.AbstractMethodError异常。

IllegalAccessError介绍:
程序试图访问或修改一个属性或调用一个方法，这个属性或方法，你没有权限访问。一般的，这个会引起编译器异常。这个错误如果发生在运行时，就说明一个类发生了不兼容的改变。

方法的调用∶虚方法表

在面向对象的编程中，会很频繁的使用到动态分派，如果在每次动态分派的过程中都要重新在类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会把该类的方法表也初始化完毕。

7. 方法返回地址(return address)

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。而通过异常退出的，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、将返回值压入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。

当一个方法开始执行后，只有两种方式可以退出这个方法:1、执行引擎遇到任意一个方法返回的字节码指令
( return），会有返回值
传递给上层的方法调用者，简称正常完成出口;
一个方法在正常调用完成之后究竟需要使用哪一个返回指令还需要根据方法返回值的实际数据类型而定。

在字节码指令中，返回指令包含ireturn (当返回值是boolean、byte、char.short和int类型时使用）、lreturn(long)、freturn、dreturn以及areturn(引用类型)，另外还有一个return指令供声明为void的方法、实例初始化方法、类和接口的初始化方法使用。

在方法执行的过程中遇到了异常(Exception)，并且这个异常没有在方法内进行处理，也就是只要在本方法的异常表中没有搜索到匹配的异常处理器，就会导致方法退出。简称异常完成出口

方法执行过程中抛出异常时的异常处理，存储在一个异常处理表，方便在发生异常的时候找到处理异常的代码。

8. 一些附加信息

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。

举例栈溢出的情况? (StackOverflowError)·通过-Xss设置栈的大小;OOM
调整栈大小，就能保证不出现溢出吗?不能
分配的栈内存越大越好吗?不是!
垃圾回收是否会涉及到虚拟机栈?不会的!
方法中定义的局部变量是否线程安全?具体问题具体分析

/**
 * 面试题：
 * 方法中定义的局部变量是否线程安全？具体情况具体分析
 *
 *   何为线程安全？
 *      如果只有一个线程才可以操作此数据，则必是线程安全的。
 *      如果有多个线程操作此数据，则此数据是共享数据。如果不考虑同步机制的话，会存在线程安全问题。
 */
public class StringBuilderTest {

    int num = 10;

    //s1的声明方式是线程安全的
    public static void method1(){
        //StringBuilder:线程不安全
        StringBuilder s1 = new StringBuilder();
        s1.append("a");
        s1.append("b");
        //...
    }
    //sBuilder的操作过程：是线程不安全的
    public static void method2(StringBuilder sBuilder){
        sBuilder.append("a");
        sBuilder.append("b");
        //...
    }
    //s1的操作：是线程不安全的
    public static StringBuilder method3(){
        StringBuilder s1 = new StringBuilder();
        s1.append("a");
        s1.append("b");
        return s1;
    }
    //s1的操作：是线程安全的
    public static String method4(){
        StringBuilder s1 = new StringBuilder();
        s1.append("a");
        s1.append("b");
        return s1.toString();
    }

    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder s = new StringBuilder();

        new Thread(() -> {
            s.append("a");
            s.append("b");
        }).start();

        method2(s);
    }
}

注：本文是学习 尚硅谷宋红康JVM全套教程（详解java虚拟机）所做笔记。