栈帧（Stack 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域中的虚拟机栈（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信息等。
一、概述
每一个方法从调用开始到执行完成的过程，都对应着一个栈帧在虚拟机栈里面从入栈到出栈的过程。
在编译程序代码的时候，栈帧中需要多大的局部变量表，多深的操作数栈都已经完全确定了，并写入到方法表的Code属性中，因此一个栈帧需要分配多少内存，不会受到程序运行时变量数据的影响，而仅仅取决于具体的虚拟机实现。
一个线程中的方法调用链可能很长，很多方法都同时处于执行状态。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，称为当前帧（Current Stack Frame），与这个栈帧相关联的方法称为当前方法（Current Method）。执行引擎运行的所有字节码指令都只针对于当前帧进行操所。
二、局部变量表
局部变量表（Local Variable Table）是一组变量值存储空间，用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。在Java程序编译成Class文件时，就在方法的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，下称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，与明确指出占用32位长度的内存空间不同，它允许Slot可以随着处理器、操作系统的不同而发生变化（64位虚拟机中使用64位物理内存空间实现一个Slot，需要使用对齐和补白让Slot看起来与32位机中一致）。
对于64位数据类型，虚拟机会以高位对齐的方式为其分配两个连续的Slot空间。由于局部变量表建立在线程的栈上，是线程私有的数据，所以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。
虚拟机通过索引的方式使用局部变量表，索引范围是0~变量表最大Slot数。如果访问32位变量，索引n就代表第n个Slot；如果访问64位变量，则说明会同时使用n，n+1两个Slot，不允许单独访问其中一个，如果遇到这种操作，虚拟机将在类加载的验证阶段抛出异常。
为了尽可能节省空间，局部变量表的Slot是可以重用的，方法体中定义的变量，其作用域不一定会覆盖整个方法体，如果当前字节码的PC计数器的值已经超过了某个变量的作用域，那这个变量的Slot就可以被重用。但这种设计伴随着一些副作用，有时会影响到GC。
我们在运行代码之前，先添加虚拟机的-verbose:gc运行参数，以便查看GC过程。（笔者使用的工具是IDEA）
1）Slot对GC的影响1
//case1
public class Test {
public static void main(String[] args) {
byte[] placeholder = new byte[64 * 1024 * 1024];
System.gc();
}
}
从运行结果中可以看到，系统执行了GC，但是内存并没有被回收。因为在执行System.gc()时，变量placeholder还处于作用域之中，所以没有回收placeholder所占内存。
2）Slot对GC的影响2
//case2
public class Test {
public static void main(String[] args) {
{
byte[] placeholder = new byte[64 * 1024 * 1024];
}
System.gc();
}
}
这次，我们将变量限定在作用域中，在离开作用域后再次执行GC，但是内存仍然没有被回收。原因在于：局部变量表中的placeholder原本被占用的Slot还没有被其他变量复用。
3）Slot对GC的影响2 3
//case3
public class Test {
public static void main(String[] args) {
{
byte[] placeholder = new byte[64 * 1024 * 1024];
//placeholder=null;
}
int i = 0;
System.gc();
}
}
修改之后，我们再次运行，发现内存真的被回收了。因为变量placeholder所占用的Slot被重新复用，此时内存被回收。
至此，我们可以得出如下结论：在定义了一个占用大内存但之后不会再用的变量时，可以考虑将其手动赋值为null。但从编码角度，设置恰当的变量作用域控制变量回收时间是更好的选择，毕竟上述情况并不多见。
不使用的对象应手动赋值为null
《Prictical Java》
4）局部变量的初始化
局部变量并非和静态变量一样在初始化阶段就会被赋予初始值，因此没有被赋值的局部变量是不能运行的，即便编译器通过，字节码校验时也会被虚拟机发现而导致类加载失败。
三、操作数栈
操作数栈（Operand Stack）也常称为操作栈，它遵循栈的后入先出（Last In First Out，LIFO）规则。同局部变量表一样，操作数栈的最大深度在编译时就写入了Code属性的max_stack数据项。操作数栈的每一个元素可以是任意类型的。在方法执行的任何时候，操作数栈深度都不会超过max_stack数据项中设定的最大值。
当一个方法刚开始时，操作数栈是空的，方法执行过程中，执行出/入栈操作。例如，整数加法的字节码指令iadd在运行时，操作数栈中最接近栈顶的两个元素已经存入了int型数据，执行指令时，两个int值出栈并相加，然后将相加的值入栈。
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，在编译时，编译器要严格保证这一点，在类校验阶段的数据流分析中还要再次验证。例如上述的iadd指令执行时，最接近栈顶的两个元素不能出现一个int，一个float相加的情况。
概念模型中，两个栈帧是操作数栈中完全独立的两个元素。但大多数虚拟机的实现里都会做一部分优化，另两个栈帧出现一部分重叠（共享）区域。让下面栈帧的部分操作数栈和上面栈帧的局部变量表重叠，这样进行方法调用时就可以公用一部分数据，无需进行额外的参数复制传递。
四、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，持有这个引用视为了支持方法调用中的动态连接（Dynamic Linking）。常量池中有大量的符号引用，在每次运行期间转化为直接引用的部分，被称为动态连接。
五、方法返回值
一个方法执行后，只有两种退出方式：
- 执行引擎遇到任意一个方法返回的字节码指令，称为正常完成出口（Nomal Method Invocation Completion），有可能有返回值
- 执行过程中遇到异常，称为异常完成出口（Abrup Method Invocation Completion），不会有返回值
一般来说，正常退出时，调用者PC计数器的值可以作为返回地址，栈帧中很可能会保存这个计数器的值。异常退出时，返回地址要通过异常处理器来确定，栈帧中一般不会保存这部分信息。
六、附加信息
不同的Java虚拟机实现中会增加一些规范里没有描述的信息到栈帧之中，如调试相关信息。实际开发中，一般会把动态连接、方法返回地址与其他附加信息统称为“栈帧信息”。