每个JVM只有一个Runtime实例
在Hotspot中，每个线程都于操作系统的本地线程直接映射（Java层面的线程，真正运行的时候调用的都是操作系统的本地线程）
当一个Java线程准备好执行后，操作系统的本地线程也同时创建，Java线程执行终止后，本地线程也会回收
线程安全
如果只有一个线程可以操作此数据，则是线程安全的
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。
内存中的栈和堆：栈解决程序的运行问题，堆解决的是数据存储问题
每个线程创建时都会创建一个虚拟机栈（线程私有），其内部保存一个个栈帧（Stack Frame），对应着一次次的Java方法调用
生命周期和线程一致
栈的访问速度仅次于程序计数器，对于栈来说不存在垃圾回收问题，但存在OOM
作用：主管Java程序的运行，保存方法的局部变量（8种基本数据类型，对象的引用地址）、部分结果，并参与方法的调用和返回
JVM规范允许Java栈的大小是动态的或者是固定不变的
设置内存大小：使用参数 -Xss 来设置线程的最大栈空间，栈的大小直接决定了函数调用的最大可达深度
方法和栈帧一一对应，一个方法的执行对应栈帧的入栈，方法的结束对应栈帧的出栈
JVM直接对Java栈的操作只有两个，就是对栈帧的压栈和出栈
在一个活动线程中，某一时间只会有一个活动的栈帧。即只有当前正在执行的方法的栈帧（栈顶栈帧）是有效的，这个栈帧被称为当前栈帧（Current Frame），与当前栈帧相对应的方法是当前方法（Current Method），定义这个方法的类就是当前类（Current Class）
执行引擎运行的所有字节码指令只针对当前栈帧进行操作
如果在该方法中调用了其他方法，对应的新的栈帧会被创建出来，成为新的当前栈帧
不同线程中所包含的栈帧是不允许存在相互引用的，即不可能在一个栈帧之中引用另一个线程的栈帧
Java方法有两种返回函数的方式，一种是正常的函数返回，使用return指令；另一种是抛出异常。不管是使用哪种方式，都会导致栈帧被弹出
每个栈帧中存储着：
局部变量表（本地变量表，Local Variables）
操作数栈（表达式栈，Operand Stack）
动态链接（指向运行时常量池的方法引用，Dynamic Linking）
方法返回地址（方法正常退出或异常退出的定义，Return Address）
一些附加信息
定义为一个数字数组，主要用于存储方法参数和定义在方法体内的局部变量，这些数据类型包括各类基本数据类型、对象引用，以及returnAddress类型
局部变量表所需的容量大小是在编译期确定下来的，并保存在方法的Code属性的maximum local variables数据项最大，在方法运行期间是不会改变局部变量表的大小的
局部变量表中的变量只在当前方法调用中有效，当方法执行时，虚拟机通过使用局部变量表完成参数值到参数变量列表的传递过程。当方法调用结束后，随着方法栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁
参数值的存放总是从局部变量表的index0开始，到数组长度 -1（减一）的索引结束
局部变量表最基本的存储单元是 Slot（变量槽）
在局部变量表里，32位以内的类型只占用一个slot（包括returnAddress类型），64位的类型（long和double）占用两个slot
注意：byte、short、char在存储前被转换为int，boolean也被转换为int，0表示false，非0表示true
JVM会为局部变量表中的每一个Slot都分配一个访问索引，通过这个索引即可成功访问到局部变量表中指定的局部变量值
当一个实例方法被调用的时候，它的方法参数和方法体内部定义的局部变量将会按照顺序被复制到局部变量表中的每一个Slot上
如果需要访问局部变量表中的一个64bit的局部变量值时，只需要使用前一个索引即可
如果当前栈帧是由构造方法或实例方法创建的，那么该对象引用this将会存放在index为0的slot处，其余的参数按照参数表顺序排列
静态方法中不能用this的原理：this变量不存在于静态方法的局部变量表中
Slot的重复利用：栈帧中的局部变量表中的槽位是可以重复利用的，如果一个局部变量过了其作用域，那么在其作用域之后申明的新的局部变量就很有可能会复用过期局部变量的槽位，从而达到节省资源的目的
public void test() {
int a=0;
{
int b=2;
}
//此时的c就会复用b的槽位
int c=a+b;
}
类变量表有两次初始化的机会，第一次是在“准备阶段”，执行系统初始化，对类变量设置零值，另一次是在“初始化”阶段，赋予程序员在代码中定义的初始值
和类变量初始化不同的是，局部变量表不存在系统初始化的过程，这意味着一旦定义了局部变量则必须是人为的初始化，否则无法使用
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
在栈帧中，与性能调优关系最为密切的部分就是前面提到的局部变量表
局部变量表中的变量也是重要的垃圾回收根节点，只要被局部变量表中直接或间接引用的对象都不会被回收
数组实现的栈
操作数栈主要用于保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间
操作数栈就是JVM执行引擎的一个工作区，当一个方法刚开始执行的时候，一个新的栈帧随之被创建出来，这个方法的操作数栈是空的
每一个操作数栈都会拥有一个明确的栈深度用于存储数值，其所需的最大深度在编译期就确定好了，保存在方法的Code属性中，为max_stack的值
栈中任何一个元素可以为任意的Java数据类型，32bit的类型占用一个栈单位深度，64bit的类型占用两个栈单位深度
操作数栈并非采用访问索引的方式来进行数据访问，而是只能通过标准的入栈和出栈操作来完成一次数据访问
在方法执行过程中，根据字节码指令，往栈中写入数据或提取数据，即入栈（push）/出栈（pop）
如果被调用的方法带有返回值，其返回值将会被压入当前栈帧的操作数栈中，并更新PC寄存器中下一条需要执行的字节码指令
操作数栈中元素的数据类型必须与字节码指令的序列严格匹配，这由编译器在编译期间进行验证，同时在类加载过程中的类检验阶段的数据流分析进行再次验证
我们说Java虚拟机的执行引擎是基于栈的执行引擎，其中的栈指的就是操作数栈
执行顺序：最初局部变量表和操作数栈都为空，根据PC寄存器执行第一条指令，将15存到操作数栈中，然后操作数栈出栈转存到局部变量表。执行到 iload_1和 iload_2取出局部变量表的两个数据转存到操作数栈。iadd在操作数栈执行+操作。istore_3 将操作数栈栈顶数据（+结果值）转存到局部变量表索引值为3的位置
栈顶缓存技术（Top-of-Stack-Caching）
基于栈式架构的虚拟机所使用的零地址指令更加紧凑，但完成一项操作的时候必然需要使用更多的入栈和出栈指令，这意味着需要更多的指令分派（instruction dispatch）次数和内存读/写次数
由于操作数是存储在内存中的，频繁地执行内存读/写操作必然影响执行速度
栈顶缓存技术将栈顶元素全部缓存在物理CPU的寄存器中，以此降低对内存的读/写次数，提升执行引擎的执行效率
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是支持当前方法的代码能够实现动态链接。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。动态链接的目的就是将这些符号引用转换为直接引用
字节码文件中的常量池，在类加载过程中，会被复制一份放入方法区成为运行时常量池
方法的调用
在JVM中，将符号引用转化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，且运行期间保持不变时，这种情况下将被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间无法被确定下来，也就是说，只能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，因此称之为动态链接
方法的绑定机制
绑定是一个属性、方法或者类的符号引用被替换为直接引用的过程，这仅发生一次
早期绑定：早期绑定就是指被调用的目标方法如果在编译器可知，且运行期间保持不变时，即可将这个方法与所属的类型进行绑定，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：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
非虚方法：如果方法在编译期就确定了具体的调用版本，且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（通过super调用）都是非虚方法
public interface Animal {
public void run();
}
class Dog implements Animal {
public Dog() {
System.out.println("dog");
}
public void run() {
System.out.println("Dog is running");
}
}
class Cat implements Animal {
public Cat() {
System.out.println("cat");
}
public void run() {
System.out.println("Cat is running");
}
}
class AnimalTest {
public void show(Animal animal) {
animal.eat(); //晚期绑定
}
}
虚拟机提供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<init> 方法、私有及父类方法，解析阶段确定唯一方法版本
invokevirtual：调用所有虚方法和final修饰的方法
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干预，而invokedynamic指令则支持由用户确定方法版本。
动态类型语言和静态类型语言的区别就是对类型的检查是在编译期还是在运行期，满足前者的是静态类型语言，满足后者的是动态类型语言
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
方法重写的本质：
虚方法表
在面向对象编程中会频繁地使用到动态分派，如果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。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
每个类都有一个虚方法表，表中存放着各个方法的实际入口
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
方法返回地址存放调用该方法的PC寄存器的值（被调用方法栈帧出栈后，调用者方法要执行的下一条指令的地址，存放在被调用方法栈帧的方法返回地址中）
一个方法的结束有两种方式：
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。非正常退出时，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，方法的结束结束当前栈帧出栈的过程，此时需要恢复调用者栈帧的局部变量表、操作数栈、将返回值压入调用者栈帧的操作数栈（方法的返回结果如果不使用，并不会压入操作数栈）、设置PC寄存器的值等，让调用者方法继续执行下去
一个线程只有一个PC寄存器，因此当方法A调用方法B，执行B方法的时候PC寄存器记录B方法中下一条将要执行的指令的地址，B出栈后，要重新返回A方法并继续向下执行，故将A方法调用B方法后下一条要执行的指令的地址存放在B的方法返回地址中。
字节码指令中的返回指令：
ireturn：当返回值是boolean、byte、char、short、int类型时使用
lreturn：long
freturn：float
dreturn：double
areturn：引用类型
return：void方法、构造器、静态代码块
在方法执行过程中遇到了异常，并且这个异常没有在方法内进行处理，也就是没有在本方法的异常表中搜索到匹配的异常处理器，就会导致方法退出
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
原文：https://www.cnblogs.com/tang321/p/14693208.html