Frame используется для хранения данных и частичных результатов, а также для выполнения динамического связывания, возврата значений для методов и отправки исключений. Новый frame создается каждый раз, когда вызывается метод. Frame уничтожается, когда завершается вызов метода, является ли это завершение нормальным или резким (он генерирует неперехваченное исключение). Frames выделяются из стека потока, создающего frame. Каждый frame имеет свой собственный массив локальных переменных, свой собственный стек операндов и ссылку на пул констант во время выполнения класса текущего метода. Размеры массива локальных переменных и стека операндов определяются во время компиляции и предоставляются вместе с кодом для метода, связанного с фреймом. Таким образом, размер структуры данных, frame-а зависит только от реализации виртуальной машины Java, и память для этих структур может быть выделена одновременно при вызове метода.

Только один frame активен в любой точке данного потока управления - метода выполнения, и это frame называется текущим, а его метод известен как текущий метод. Класс, в котором определен текущий метод, является текущим классом. Операции над локальными переменными и стеком операндов обычно выполняются со ссылкой на текущий frame.

Frame перестает быть текущим, если его метод вызывает другой метод или если его метод завершается. Когда метод вызывается, новый frame создается и становится текущим, когда управление переходит к новому методу. При возврате метода текущий frame передает результат вызова метода, если таковой имеется, в предыдущий frame. Текущий frame затем отбрасывается, так как предыдущий frame становится текущим. Обратите внимание, что frame, созданный потоком, является локальным для этого потока и на него не может ссылаться ни один другой поток.

Локальные переменные

Каждый frame содержит массив переменных, известных как его локальные переменные. Длина массива локальных переменных frame определяется во время компиляции и предоставляется в двоичном представлении класса или интерфейса вместе с кодом для метода, связанного с frame-ом. Единичная локальная переменная может хранить значение типа: boolean, byte, char, short, int, float, reference, or returnAddress. Пара локальных переменных может хранить значение типов: long или double.

Локальные переменные адресуются путем индексации. Индекс первой локальной переменной равен нулю.

Значение типа long или типа double занимает две последовательные локальные переменные.

JVM использует локальные переменные для передачи параметров при вызове метода. При вызове метода класса все параметры передаются в последовательных локальных переменных, начиная с локальной переменной 0. При вызове метода экземпляра локальная переменная 0 всегда используется для передачи ссылки на объект, для которого вызывается метод экземпляра (this в Java). Любые параметры впоследствии передаются в последовательных локальных переменных, начиная с локальной переменной 1.

Стеки операндов (Operand Stacks)

Каждый frame содержит стек «последний вошел - первый вышел» (LIFO), известный как стек операндов. Максимальная глубина стека операндов frame-a определяется во время компиляции и предоставляется вместе с кодом для метода, связанного с frame-ом.

Стек операнда пуст при создании frame-a, который его содержит. JVM предоставляет инструкции для загрузки констант или значений из локальных переменных или полей в стек операндов. Другие инструкции JVM берут операнды из стека операндов, оперируют с ними и помещают результат обратно в стек операндов. Стек операндов также используется для подготовки параметров для передачи в методы и для получения результатов метода.

Для примера, инструкция iadd суммирует два int-вых значения. От стека операндов требуется, чтобы два int-вых значения были наверху стека. Значения удаляются из стека, операция pop. Суммируются и их сумма помещается в стек операндов.

Динамическое связывание (Dynamic Linking)

Каждый frame содержит ссылку на run-time constant pool для типа текущего метода для поддержки динамического связывания кода метода. Доступ к вызываемым методам и переменным осуществляется через символические ссылки из class файла. Динамическое связывание преобразует эти символьные ссылки на методы в конкретные ссылки на методы, загружая классы по мере необходимости для разрешения пока еще не определенных символов, и преобразует обращения к переменным в соответствующие смещения в структурах хранения, связанных с расположением этих переменных во время выполнения.

Позднее связывание методов и переменных вносит изменения в другие классы, которые метод использует с меньшей вероятностью нарушить этот код.

Нормальное завершение вызова метода

Вызов метода завершается нормально, если этот вызов не вызывает исключение, либо непосредственно из JVM, либо в результате выполнения явного оператора throw. Если вызов текущего метода завершается нормально, то значение может быть возвращено вызывающему методу. Это происходит, когда вызванный метод выполняет одну из инструкций возврата, выбор которых должен соответствовать типу возвращаемого значения (если оно есть).

Текущий frame используется в этом случае для восстановления состояния инициатора, включая его локальные переменные и стек операндов, с соответствующим образом увеличенным программным счетчиком инициатора, чтобы пропустить инструкцию вызова метода. Затем выполнение обычно продолжается в frame вызывающего метода с возвращенным значением (если оно есть), помещаемым в стек операндов этого frame.

Резкое завершение вызова метода

Вызов метода завершается преждевременно, если при выполнении инструкции JVM в методе выдает исключение, и это исключение не обрабатывается в методе. Выполнение команды throw также приводит к явному выбрасыванию исключения, и, если исключение не перехватывается текущим методом, приводит к неожиданному завершению вызова метода. Вызов метода, который завершается внезапно, никогда не возвращает значение своему вызывающему.

Oct. 23, 2023, Источник