"虚拟机"是相对于"物理机"的概念，这两种机器都有执行代码能力，其区别是物理机的执行引擎是直接建立在处理器、硬件、指令集和操作系统层面上的，而虚拟机的执行引擎则是由自己实现的，因此可以自行制定指令集与执行引擎的结构体系，并且能够执行哪些不被硬件直接支持的指令集格式。在不同的虚拟机实现里面，执行引擎在执行Java代码的时候可能会有解释执行（通过解释器执行）和编译执行（通过即时编译器产生本地代码执行）两种选择，也可能两者兼备，甚至还可能会包含几个不同级别的编译器执行引擎，但从外观上看起来，所有的Java虚拟机的执行引擎都是一致的：输入的是字节码文件，处理过程是字节码解析的等效过程，输出的是执行结果。

运行时栈帧结构

栈帧（Statck 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，它是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈（Virtual Machine Stack）的栈元素。栈帧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。每一个方法从调用开始至执行完成的过程，都是对应着一个栈帧在虚拟机栈里面从入栈到出栈的过程。 一个线程中的方法调用链可能会很长，很多方法都同事对处于执行状态。但对于执行引擎来说，在活动线程中，只有位于栈顶的栈帧才是有效的，称为当前栈帧（Current Stack Frame），与这个栈帧相关联的方法称为当前方法（Current Method）。 

局部变量表

局部变量表（Local Variable Table）是一组变值存储空间，用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。在Java程序编译为Class文件时，就在放的Code属性的max_locals数据项中确定了该方法所需要分配的局部变量表的最大容量。 局部变量表的容量以变量槽（Variable Slot）为最小单位。每个Slot都应该能存放一个boolean、byte、char、short、int、float、reference、或returnAddress类型的数据，这8种数据类型，都可以使用32位或更小的物理内存来存放。Slot的长度可以随着处理器、操作系统或虚拟机的不同而发生变化。

reference类型

reference类型类型表示对一个对象实例的引用。虚拟机规范既没有说明它的长度，也没有明确指出这种引用应有怎样的结构。但一般说来，虚拟机实现至少都是通过这个引用做到两点，一是从此引用中直接或间接地查到对象在Java堆中的数据存放地址索引，二是引用中直接或间接地查找到对象所属数据类型在方法区中的存储的类型信息，否则无法实现Java语言规范中定义的语法约束。

64位数据类型（long、double）

对于64位的数据类型，虚拟机以高位对齐的方式为其分配两个连续的Slot空间。Java语言中明确的（reference类型则可能是32位也可能是64位）64位的数据类型只有long和double两种。由于局部变量表建立在线程的堆栈上，是线程私有的数据，无论读写两个连续的Slot是否为原子操作，都不会引起数据安全问题。

Slot的访问方式

虚拟机通过索引定位的方式使用局部变量表，索引值的范围从0开始至局部变量表最大的Slot数量。如果访问的是32位数据类型的变量，索引n就代表了使用第几个Slot，如果是64位数据类型的变量，则说明会同时使用n和n+1两个Slot。对于两个相邻的共同存放一个64位数据的两个Slot，不允许采用任何方式单独访问其中的某一个。

局部变量表Slot的复用

在上述代码中，placeholder能否被回收的根本原因是：局部变量表中的Slot是否还存在有关于placeholder数组的引用。第一次修改中，代码虽然已经离开了placeholder的作用域，但在此之后，没有任何对局部变量表的读写操作，placeholder原本所占用的Slot还没有被其他变量所复用，所以作为GC Roots一部分的局部变量表仍然保持着对它的关联。

关于局部变量表，还有一点可能对世纪开发产生影响，就是局部变量不像前面介绍的类变量那样存在“准备阶段”。类变量有两次赋初始值的过程，一次在准备阶段，赋予系统初始值；另一次在初始化阶段，赋予程序员定义的初始值。但局部变量就不一样，如果一个局部变量定义了但没有赋初始值是不能使用的。

操作数栈

操作数栈（Operand Stack）也常称为操作栈，它是一个后入先出（Last In First Out，LIFO）栈。同局部变量表一样，操作数栈的最大深度也在编译的时候写入到了Code属性的max_stacks数据项中。操作数栈的每一个元素可以是任意的Java数据类型，包括long和double。32位数据类型所占的栈容量为1，64位数据类型所占的栈容量为2。在方法执行的任何时候，操作数栈的深度都不会超过在max_stacks数据项中设定的最大值。

工作原理

当一个方法刚刚开始执行的时候，这个方法的操作数栈是空的，在方法的执行过程中，会有各种字节码指令往操作数栈中写入和提取内容，也就是出栈/入栈操作。

动态连接

每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接（Dynamic Linking）。

方法返回地址

当一个方法开始执行后，只有两种方式可以退出这个方法。第一种是执行引擎遇到任意一个方法返回的字节码指令(_return),这时候可能会有返回值传递给上层的方法调用者，是否有返回值和返回值类型将根据遇到何种方法返回指令来决定，这种退出方法的方式正常完成出口（Normal Method Invocation Completion）

另一种退出方式是，在方法执行过程中遇到了异常，并且这个异常没有在方法体内得到处理，无论是Java虚拟机内部产生的异常，还是代码中使用athrow字节码指令产生的异常，只要在本方法的异常表中没有搜索到匹配的异常处理器，就会导致方法退出，这种退出方式称为异常完成出口（Abrupt Method Invocation Completion）。