java程序計數(shù)器的介紹和作用

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程序計數(shù)器

介紹

JVM中的程序計數(shù)寄存器（Program Counter Register）中，Register的命名源于CPU的寄存器，寄存器存儲指令相關(guān)的現(xiàn)場信息。CPU只有把數(shù)據(jù)裝載到寄存器才能夠運行。這里，并非是廣義上所指的物理寄存器，或許將其翻譯為PC計數(shù)器（或指令計數(shù)器）會更加貼切（也稱為程序鉤子），并且也不容易引起一些不必要的誤會。JVM中的PC寄存器是對物理PC寄存器的一種抽象模擬。

作用

PC寄存器用來存儲指向下一條指令的地址，也即將要執(zhí)行的指令代碼。由執(zhí)行引擎讀取下一條指令。

• 它是一塊很小的內(nèi)存空間，幾乎可以忽略不記。也是運行速度最快的存儲區(qū)域。

• 在JVM規(guī)范中，每個線程都有它自己的程序計數(shù)器，是線程私有的，生命周期與線程的生命周期保持一致。

• 任何時間一個線程都只有一個方法在執(zhí)行，也就是所謂的當(dāng)前方法。程序計數(shù)器會存儲當(dāng)前線程正在執(zhí)行的Java方法的JVM指令地址；或者，如果是在執(zhí)行native方法，則是未指定值（undefined）。

• 它是程序控制流的指示器，分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常處理、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴這個計數(shù)器來完成。

• 字節(jié)碼解釋器工作時就是通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令。

• 它是唯一一個在Java虛擬機規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutotMemoryError情況的區(qū)域。

代碼演示

我們首先寫一個簡單的代碼

public class PCRegisterTest {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        int j = 20;
        int k = i + j;
    }
}

然后將代碼進行編譯成字節(jié)碼文件，我們再次查看 ，發(fā)現(xiàn)在字節(jié)碼的左邊有一個行號標(biāo)識，它其實就是指令地址，用于指向當(dāng)前執(zhí)行到哪里。

0: bipush        10
2: istore_1
3: bipush        20
5: istore_2
6: iload_1
7: iload_2
8: iadd
9: istore_3
10: return

通過PC寄存器，我們就可以知道當(dāng)前程序執(zhí)行到哪一步了 

兩個常見問題

1 使用PC寄存器存儲字節(jié)碼指令地址有什么用呢？

同 為什么使用PC寄存器記錄當(dāng)前線程的執(zhí)行地址呢？

因為CPU需要不停的切換各個線程，這時候切換回來以后，就得知道接著從哪開始繼續(xù)執(zhí)行。

JVM的字節(jié)碼解釋器就需要通過改變PC寄存器的值來明確下一條應(yīng)該執(zhí)行什么樣的字節(jié)碼指令。

2 PC寄存器為什么被設(shè)定為私有的？

• 我們都知道所謂的多線程在一個特定的時間段內(nèi)只會執(zhí)行其中某一個線程的方法，CPU會不停地做任務(wù)切換，這樣必然導(dǎo)致經(jīng)常中斷或恢復(fù)，如何保證分毫無差呢？為了能夠準(zhǔn)確地記錄各個線程正在執(zhí)行的當(dāng)前字節(jié)碼指令地址，最好的辦法自然是為每一個線程都分配一個PC寄存器，這樣一來各個線程之間便可以進行獨立計算，從而不會出現(xiàn)相互干擾的情況。

• 由于CPU時間片輪限制，眾多線程在并發(fā)執(zhí)行過程中，任何一個確定的時刻，一個處理器或者多核處理器中的一個內(nèi)核，只會執(zhí)行某個線程中的一條指令。

• 這樣必然導(dǎo)致經(jīng)常中斷或恢復(fù)，如何保證分毫無差呢？每個線程在創(chuàng)建后，都會產(chǎn)生自己的程序計數(shù)器和棧幀，程序計數(shù)器在各個線程之間互不影響。

CPU時間片

• CPU時間片即CPU分配給各個程序的時間，每個線程被分配一個時間段，稱作它的時間片。

• 在宏觀上：俄們可以同時打開多個應(yīng)用程序，每個程序并行不悖，同時運行。

• 但在微觀上：由于只有一個CPU，一次只能處理程序要求的一部分，如何處理公平，一種方法就是引入時間片，每個程序輪流執(zhí)行。

并行：vs 串行

并發(fā)：單核 交替執(zhí)行多個線程的命令

感謝各位的閱讀，以上就是“java程序計數(shù)器的介紹和作用”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對java程序計數(shù)器的介紹和作用這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識點的文章，歡迎關(guān)注！