JVM 中的 returnAddress过程详解

JVM是虚拟机，也是一种规范，他遵循着冯·诺依曼体系结构的设计原理。冯·诺依曼体系结构中，指出计算机处理的数据和指令都是二进制数，采用存储 程序方式不加区分的存储在同一个存储器里，并且顺序执行，指令由操作码和地址码组成，操作码决定了操作类型和所操作的数的数字类型，地址码则指出地址码和 操作数。从dos到window8，从unix到ubuntu和CentOS，还有MAC OS等等，不同的操作系统指令集以及数据结构都有着差异，而JVM通过在操作系统上建立虚拟机，自己定义出来的一套统一的数据结构和操作指令，把同一套语 言翻译给各大主流的操作系统，实现了跨平台运行，可以说JVM是java的核心，是java可以一次编译到处运行的本质所在。

参考文档：jvms12

数据类型

在 JVM 中，数据分为两大类：primitive types （原生类型）和 reference types（引用类型）。

引用类型，让 JVM 能更好的支持于面向对象语言的设计，引用类型的值用来指向内存中分配的类实例或者数组。JVM 规范中并没有详细规定引用类型的实现细节，比如引用应该通过何种方式去定位、访问堆中的对象，具体的对象访问方式取决于虚拟机的具体实现，比如 HotSpot 有其自己的实现方案。

目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种：

其中使用直接指针访问的方式，类似于 C++ 中的虚表（虚表就是指向对象类型数据的指针）。这两种对象访问方式各有优劣，使用句柄访问的最大好处就是 reference 中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动（比如垃圾回收时，整理内存空间，会移动对象的存储位置）时只会改变句柄中示例数据的指针，而 reference 本身不需要修改。

使用直接指针访问的最大好处就是速度更快，节省了一次内存寻址的时间开销。

原生数据类型包括：numeric types, boolean type, returnAddress type。其中 returnAddress 数据只存在于字节码层面，与编程语言无关，也就是说，我们在 Java 语言中是不会直接与 returnAddress 类型的数据打交道的。

returnAddress 类型的值是指向字节码的指针，不管是物理机还是虚拟机，运行时内存中的数据总归可分为两类：代码，数据。对于冯诺依曼结构的计算机，指令数据和数值数据都存储在内存中，而哈弗结构的计算机，将程序指令与数据分开存储。

对于 JVM 来说，程序就是存储在方法区的字节码指令，而 returnAddress 类型的值就是指向特定指令内存地址的指针。

JVM支持多线程，每个线程有自己的程序计数器（pc register），而 pc 中的值就是当前指令所在的内存地址，即 returnAddress 类型的数据，当线程执行 native 方法时，pc 中的值为 undefined。

栈帧

栈帧（Stack Frame）是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，栈帧中存储了方法的局部变量表，操作数栈，动态连接，和方法返回地址等信息。在程序编译时，栈帧中需要多大的局部变量表，多深的操作数栈都已经完全确定了，并且写在方法表的 Code 属性中。

当一个方法开始执行后，只有两种方式可以退出，第一种方式是执行引擎遇到任意一个方法返回的字节码指令，这种方式称为正常完成出口；另外一种退出方式是，在方法执行过程中遇到异常，且该异常没有被被捕获，称为异常完成出口。

无论是哪种退出方式，在方法退出后，都需要返回到该方法被调用的位置（地址），让程序继续执行。一般来说，方法执行前，会保存调用者当前的 PC 计数器中的值，当方法正常退出时，将该 PC 计数器的值会作为返回地址，返回给调用者。在方法异常退出时，返回地址是通过异常处理器表来确定的。

方法退出的过程实际上就等于把当前栈帧出栈，一般过程为：

• 恢复上层方法的局部变量表和操作数栈
• 把返回值压入调用者栈帧的操作数栈中
• 调整 PC 计数器的值，以指向方法调用指令后面的一条指令