本来这节内容是打算直接讲字节码指令的,但讲之前又必须得先讲指令集架构,而指令集架构又分为两种,一种是基于栈的,一种是基于寄存器的。
那不妨我们这节就单独来讲讲栈虚拟机和寄存器虚拟机,它们有什么不同,以及各自的优缺点。
栈和寄存器
栈(stack),有些地方喜欢称呼它为堆栈,我就很不喜欢,很容易和 heap(堆)搞混,尤其是对于新手来说,简直就是虐心。
栈是一种非常有用的数据结构,它就像一摞盘子,第一个放在最下面,第二个放在第一个上面,第三个放在第二个上面,最后一个放在最上面。
对于这一摞盘子,我们可以做两件事情:
- 在最上面放一个新盘子
- 把顶部的盘子拿走
这两件事情做起来很容易,但如果从中间或者底部抽出来一个盘子,就很难办到。如果我们想要拿到最下面的盘子,就必须把它上面的所有盘子都拿走,像这样的一个操作,我们称之为后进先出,也就是“Last In First Out”(简称 LIFO)——最后的一个进的,最先出去。
对于栈这样一个数据结构来说,它有两个常见的动作:
- push,中文释义有很多种,我个人更喜欢叫它“压入”,非常形象。当我们要把一个元素放入栈的顶部,这个动作就叫做 push。
- pop,同样的,我个人更喜欢叫它“弹出”,带有很强烈的动画效果,有没有?当我们要从栈中移除一个元素时,这个动作就叫做 pop。
对于上面这幅图来说,3 这个元素最后放进去,却是最先被移除的——遵循 LIFO 的原则。
寄存器(Register)是中央处理器(CPU)内用来暂存指令、数据和地址的存储器,也是 CPU 中读写最快的存储器。
从硬件层面来说,栈位于内存当中,而寄存器位于 CPU 当中,这也是为什么,我们通常会说,基于寄存器架构的虚拟机会比基于栈的虚拟机快的原因。
基于栈的虚拟机
前面我们讲 JDK 的发展历程时,提到了 Hotspot VM,它是血缘最正统的 Java 虚拟机。
HotSpot VM 是基于栈的一种虚拟机,当 Java 程序运行时,HotSpot VM 加载编译后的字节码文件(也就是.class 文件),其解释器或JIT编译器会读取文件中的字节码指令,将它们解释(或编译)为机器码。
方法调用和执行过程中的数据(如局部变量和中间结果)会存储在栈(操作数栈,下面会讲)中,字节码指令操作这些数据,然后执行程序逻辑。
下面这幅图我们之前在讲JVM 是如何运行 Java 代码的时候讲过。
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