Question

我正在阅读有关JVM架构的内容。今天我读到了Operand Stack的概念。根据一篇文章：

在执行字节代码指令期间使用操作数堆栈与通用寄存器在本机CPU中使用的方式类似。

我无法理解：操作数堆栈究竟是什么，它在jvm中是如何工作的？

Answer 1

各种字节码操作如何获取输入，以及它们如何提供输出。

例如，考虑iadd操作，它将两个int加在一起。要使用它，您可以在堆栈上推送两个值，然后使用它：

iload_0     # Push the value from local variable 0 onto the stack
iload_1     # Push the value from local variable 1 onto the stack
iadd        # Pops those off the stack, adds them, and pushes the result

现在堆栈的最高值是这两个局部变量的总和。下一个操作可能会占用顶部堆栈值并将其存储在某个位置，或者我们可能会在堆栈上推送另一个值来执行其他操作。

假设您要一起添加三个值。堆栈使这很容易：

iload_0     # Push the value from local variable 0 onto the stack
iload_1     # Push the value from local variable 1 onto the stack
iadd        # Pops those off the stack, adds them, and pushes the result
iload_2     # Push the value from local variable 2 onto the stack
iadd        # Pops those off the stack, adds them, and pushes the result

现在堆栈的最高值是将这三个局部变量加在一起的结果。

让我们更详细地看一下第二个例子：

我们假设：

堆栈是空的，以开头（这几乎从来都不是真的，但我们在开始之前并不关心它上面的内容）
局部变量0包含27
本地变量1包含10
本地变量2包含5

所以最初：

+-------+
| stack |
+-------+
+-------+

然后我们

iload_0     # Push the value from local variable 0 onto the stack

现在我们有了

+-------+
| stack |
+-------+
|   27  |
+-------+

下一步

iload_1     # Push the value from local variable 1 onto the stack

+-------+
| stack |
+-------+
|   10  |
|   27  |
+-------+

现在我们进行补充：

iadd        # Pops those off the stack, adds them, and pushes the result

它＆＃34; pops＆＃34;离开堆栈的10和27，将它们加在一起，然后推送结果（37）。现在我们有：

+-------+
| stack |
+-------+
|   37  |
+-------+

第三次int的时间：

iload_2     # Push the value from local variable 2 onto the stack

+-------+
| stack |
+-------+
|    5  |
|   37  |
+-------+

我们做了第二个iadd：

iadd        # Pops those off the stack, adds them, and pushes the result

这给了我们：

+-------+
| stack |
+-------+
|   42  |
+-------+

（当然，这是Answer to the Ultimate Question of Life the Universe and Everything。）

Answer 2

操作数堆栈保存运算符用于执行操作的操作数。操作数堆栈上的每个条目都可以包含任何Java虚拟机类型的值。

来自JVM specifications，

Java虚拟机指令从操作数中获取操作数堆栈，对它们进行操作，并将结果推回操作数堆。操作数堆栈也用于准备参数传递给方法并接收方法结果。

例如，iadd指令将添加两个整数值，因此它将从操作数堆栈中弹出前两个整数值，并在添加后将结果推入操作数堆栈。

有关详细信息，请查看JVMS#2.5 : Run-Time Data Areas

在操作数堆栈的上下文中总结它，

    _______________________________
   |        _____________________  |
   |       |         + --------+ | |
   |  JVM  |         | Operand | | | 
   | Stack |  FRAME  |  Stack  | | |
   |       |         +---------+ | |
   |       |_____________________| |
   |_______________________________|

JVM支持多线程执行环境。每个线程 execute在创建线程的同时创建了私有java虚拟机堆栈（JVM Stack）。
此Java虚拟机堆栈存储帧。 Frame保存数据，部分结果，方法返回值并执行动态链接。
每个帧都包含堆栈，称为操作数堆栈，它保存JVM类型的操作数值。操作数堆栈的深度在编译时确定并使用运算符进行更新。

Answer 3

但难道不能确切地知道它是什么以及它在jvm中是如何工作的？

JVM定义虚拟计算机，该计算机的指令集基于堆栈。这意味着JVM指令集中的指令通常会从堆栈中推送和弹出操作数。例如，

加载指令可能从局部变量，实例变量或类变量中获取值并将其推送到操作数堆栈上，
算术指令将从操作数堆栈中弹出值，执行计算并将结果推回堆栈，
商店指令会从堆栈中弹出一个值并存储它......

@ T.J.Crowder的回答提供了一个更具体的例子。

如何实现操作数堆栈是特定于平台的，它取决于是否正在解释代码或是否已对其进行JIT编译。

在解释的情况下，操作数堆栈可能是由解释器代码管理的数组。推送和弹出微操作将实现如下：
```
    stack[top++] = value;
```
和
```
    value = stack[--top];
```
当代码被JIT编译时，字节码指令序列被转换为本机指令序列，实现与字节码相同的功能。操作数堆栈位置被映射到本机寄存器或存储器位置;例如在当前的本机堆栈框架中。映射涉及各种优化，旨在使用寄存器（快速）优先于内存（较慢）。

因此在JIT编译的情况下，操作数堆栈不再具有明确的物理存在，但编译程序的整体行为与操作数堆栈确实存在相同¹

^{1 - 实际上，考虑到Java内存模型时，它可能不完全相同。然而，存储器模型对差异可能存在明确的界限。对于不与外部交互的单线程计算（例如I / O，时钟等），可能没有可观察到的差异。}

什么是操作数堆栈？

3 个答案: