JVM Stack Area: โครงสร้าง การทำงาน และคุณสมบัติ

JVM Stack Area จุดสำคัญ

• สร้าง stack แยกต่างหากสำหรับแต่ละ thread ตอนสร้าง thread
• JVM ทำได้แค่ 2 ออปเตอร์ชัน: push (เพิ่ม) และ pop (ลบ)
• Stack ของ thread ที่ทำงานอยู่ เรียกว่า Runtime Stack
• ทุกการเรียกเมธอด การคำนวณระหว่างทาง ตัวแปรท้องถิ่น พารามิเตอร์ → เก็บเป็น stack frame
• เมธอดจบ → stack frame นั้นถูกลบ (pop)
• ทุกเมธอดจบ → stack ว่าง → ถูกลบจากหน่วยความจำ
• ก่อนจบ thread → JVM ทำลาย stack ของ thread นั้น
• Stack เป็น thread-local → thread-safe โดยธรรมชาติ
• ข้อมูลใน stack frame เรียกว่า Activation Record
• ไม่จำเป็นว่า stack ต้องอยู่ใน memory contiguous

โครงสร้าง Stack Frame (Activation Record)

ประกอบด้วย 3 ส่วนหลัก:

1. Local Variable Array

• เก็บพารามิเตอร์และตัวแปรท้องถิ่น (local variables)
• จัดเก็บเป็น array เรียงลำดับ index 0, 1, 2...
• index 0 = this reference (instance method) หรือว่าง (static method)
• ขนาดกำหนดตอน compile-time จาก bytecode

2. Operand Stack

• ทำงานเป็น workspace สำหรับ JVM
• เก็บผลลัพธ์ระหว่างคำนวณ (intermediate results)
• เข้าถึงแบบ push/pop (stack-based computation)
• เช่น iadd pop 2 ค่า บวกกัน push ผลลัพธ์กลับเข้าไป

3. Frame Data

• Constant pool reference (สำหรับ resolve constants)
• Method return address (กลับไปที่ไหนหลังจบเมธอด)
• Exception Table Reference - อ้างอิงตาราง exception handler (catch blocks)
• ข้อมูลสำหรับการ debug (line number table, local variable table)

ตัวอย่างการทำงาน

public class Demo { 
    public static void main(String[] args) { 
        int a = 10;           // Local variable array: a=10
        int b = add(a, 20);   // Call add -> push new frame
        System.out.println(b); 
    } 
    
    static int add(int x, int y) { 
        int sum = x + y;      // Operand stack: push x, push y, iadd, store sum
        return sum;           // Return -> pop frame, push result to caller's operand stack
    } 
}

Stack Frame Evolution

1. main เริ่ม: Frame main (local: args, a, b | operand: empty)
2. call add(10, 20): Push Frame add (local: x=10, y=20 | operand: empty)
3. ใน add: operand push 10, push 20 → iadd → push 30 → store sum=30
4. return: Pop Frame add, push 30 กลับไป operand stack ของ main
5. main ต่อ: store b=30, call println...

ข้อแตกต่าง Stack vs Heap