JVM局部变量表和操作数栈的内存布局

局部变量表和操作数栈

首先看一段Java源码

public class Add_Sample{public int add(int i, int j){int k = 100;int result = i + j + k;return result;}public static void main(String[] args){int result = new Add_Sample().add(10,20);System.out.println(result);}
}

使用javac Add_Sample.java进行编译

使用javap -v Add_Sample查看生成的相关函数的字节码

public int add(int, int);Code:Stack=2, Locals=5, Args_size=30:   bipush  1002:   istore_33:   iload_14:   iload_25:   iadd6:   iload_37:   iadd8:   istore  410:  iload   412:  ireturnLineNumberTable:line 3: 0line 4: 3line 5: 10public static void main(java.lang.String[]);Code:Stack=3, Locals=2, Args_size=10:   new     #2; //class Add_Sample3:   dup4:   invokespecial   #3; //Method "<init>":()V7:   bipush  109:   bipush  2011:  invokevirtual   #4; //Method add:(II)I14:  istore_115:  getstatic       #5; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;18:  iload_119:  invokevirtual   #6; //Method java/io/PrintStream.println:(I)V22:  return

如何查看局部变量表和操作数栈的深度

这里可以查看add函数和main函数的Code下面的值，以add函数为例

public int add(int, int);Code:Stack=2, Locals=5, Args_size=3

这里可以看到Stack=2，表示操作数栈的深度是2

Locals=5，表示局部变量表的个数是5

Args_size=3，表示参数个数为3。这里相比于形参多了一个参数，这个参数就是该函数的this指针。

局部变量表和操作数栈如何配合完成计算

回到add函数的字节码，main函数将10和20作为参数传递给add函数。所以本地变量表的前3个元素分别填入了函数参数。

0:   bipush  100
2:   istore_3
3:   iload_1
4:   iload_2
5:   iadd
6:   iload_3
7:   iadd
8:   istore  4
10:  iload   4

上述字节码的执行步骤如下

经过上述步骤就完成了计算过程

局部变量表和操作数栈在内存中的实际布局

在openjdk中，其实际布局分别位于解释栈的高地址和低地址，用locals寄存器和sp寄存器进行定位。在x64架构中，rlocals是r14，sp是rsp。

如果要获得第2个参数，那么只需要执行将locals的地址加上对应的偏移即可获得。

举例istore字节码在x64的实现

locals_index(rbx);//将字节码指令中的index值放入rbx
__ movl(iaddress(rbx), rax);//将本地变量表中的index值放入rax。为了加快速度，在x86中默认将rax寄存器作为栈顶

如果要执行压栈操作，只需要将sp减去对应的值并将值放入sp所在内存即可。这里不举例了，因为在openjdk的解释器实现时并不是简单的往内存压栈，而是结合了栈顶缓存实现。

总结

局部变量表(locals)包括了函数内部的临时变量和形参，另外还包括了当前函数的this指针

操作数栈实现了Java虚拟机的栈式操作

在openjdk的实现中，局部变量表位于解释栈的高地址处，用locals寄存器定位局部变量表并根据偏移值获取值；操作数栈位于解释栈的低地址，用sp寄存器定位实现字节码逻辑。