什么是堆栈映射框架

Question

最近，我一直在寻找Java虚拟机规范（JVMS），以试图更好地理解使我的程序正常工作的原因，但是我找到了一段我不太了解的部分…

第4.7.4节介绍了
StackMapTable 属性，在该节中，文档介绍了有关堆栈映射框架的详细信息。问题是它有点罗word，我以身作则，学得最好。不读书。

我知道第一个堆栈映射框架是从方法描述符派生的，但是我不知道如何（应该在这里进行解释。）而且，我也不完全理解堆栈映射框架的作用。我以为它们类似于Java中的块，但似乎您不能在彼此内部拥有堆栈映射框架。

无论如何，我有两个具体问题：

• 堆栈贴图框架做什么？
• 如何创建第一个堆栈贴图框架？

一个普遍的问题：

• 有人可以提供比JVMS中给出的解释少一些冗长，更容易理解的解释吗？

Answer 1

Java要求对所有加载的类进行验证，以维护沙箱的安全性并确保代码可以安全地优化。注意，这是在字节码级别上完成的，所以验证并 不会
验证了Java的不变量 的语言 ，它只是验证字节码，根据字节码的规则是有道理的。

除其他外，字节码验证可确保指令格式正确，所有跳转均指向方法中的有效指令，以及所有指令均以正确类型的值进行操作。最后一个是堆栈映射进入的位置。

问题是字节码本身不包含任何显式类型信息。类型是通过数据流分析隐式确定的。例如，iconstest指令创建一个整数值。如果将其存储在插槽1中，则该插槽现在具有一个int。如果控制流从存储浮点数的代码合并，则该插槽现在被认为具有无效的类型，这意味着在覆盖该值之前，您无法再对该值进行任何操作。

从历史上看，字节码验证程序使用这些数据流规则来推断所有类型。不幸的是，不可能通过字节码在一次线性传递中推断出所有类型，因为向后跳转可能会使已经推断出的类型无效。经典的验证程序通过遍历代码直到一切都停止更改来解决此问题，这可能需要多次通过。

但是，验证会使Java中的类加载变慢。Oracle决定通过添加一个新的，更快的验证程序来解决此问题，该验证程序可以一次性验证字节码。为此，他们
需要从Java 7 （Java 6处于过渡状态） 开始的所有新类，
以携带有关其类型的元数据，以便可以通过一次验证字节码。由于字节码格式本身无法更改，因此此类型信息分别存储在名为的属性中StackMapTable。

简单地在代码中的每个点存储每个值的类型显然会占用很多空间，并且非常浪费。为了使元数据更小，更有效，他们决定 只列出作为跳转目标的位置处的类型
。如果您考虑一下，这是您唯一一次需要额外信息来进行单次通过验证的情况。在跳转目标之间，所有控制流都是线性的，因此您可以使用旧的推理规则来在两个位置之间的类型中进行推理。

显式列出类型的每个位置称为堆栈映射框架。该StackMapTable属性按顺序包含帧列表，尽管通常将它们表示为与前一帧的差异，以减小数据大小。如果该方法中没有框架（当控制流从不加入时会发生（即CFG是树）），则可以完全省略StackMapTable属性。

因此，这是StackMapTable如何工作以及为什么添加它的基本思想。最后一个问题是如何创建隐式初始帧。答案当然是，在方法开始时，操作数堆栈为空，并且局部变量槽具有由方法参数类型给定的类型，这些方法参数由方法分拆器确定。

如果您习惯使用Java，则方法参数类型在字节码级别上的工作方式会有一些细微的差异。首先，虚拟方法将隐式this作为第一个参数。二是boolean，byte，char，并short不会在字节码级别存在。取而代之的是，它们都被实现为幕后的整数。