JVM - 程序计数器_jvm程序计数器记录-程序员宅基地

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# JVM程序计数器

JDK版本:1.8

# 1、程序计数器(Program Counter Register )

JVM中的程序计数寄存器(Program Counter Register)中,Register的命名源于CPU的寄存器,寄存器存储指令相关的现场信息。CPU只有把数据装载到寄存器才能够运行。这里并非是广义上所指的物理寄存器,或许将其翻译为PC计数器(或指令计数器)会更加贴切(也称为程序钩子),并且也不容易引起一些不必要的误会。JVM中的PC寄存器是对物理PC寄存器的一种抽象模拟。

pc寄存器

PC寄存器用于存储指向下一条指令的地址,也就是即将要执行的指令代码。由执行引擎读取下一条指令:

pc寄存器工作流程图

  • PC寄存器是一块很小的内存空间,几乎可以忽略不计。也是运行速度最快的存储区域。

  • JVM规范中,每个线程都有它自己的程序计数器,是线程私有的,生命周期与线程的生命周期保持一致。

  • 任何事件一个线程都只有一个方法在执行,也就是所谓的当前方法。程序计数器会存储当前线程正在执行的Java方法的JVM指令地址,如果是在执行native方法,则是未指定值(undefined)。

  • PC寄存器是程序控制流的指示器,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

  • 字节码解释器工作时就是通过改变PC寄存器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。

  • PC寄存器是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemeoryError情况的区域。


# 2、PC寄存器代码举例

public class ProgramCounterRegister {
    

    public static void main(String[] args) {
    
        int minus = minus();
        System.out.println("minus = " + minus);
    }

    private static int minus() {
    
        int i = 3;
        int j = 4;
        return j - i;
    }

}

字节码文件:

0: iconst_3
1: istore_1
2: iconst_4
3: istore_2
4: iload_1
5: iload_2
6: isub
7: ireturn

# 3、PC寄存器的作用

线程与java执行引擎

在多线程的情况下,CPU需要不停的切换各个线程,当从A线程切换到B线程之后,CPU需要知道接着从哪里开始继续执行代码。

JVM的字节码解释器就是需要通过改变PC寄存器的值来明确下一条应该执行什么样的字节码指令。


# 4、PC寄存器为什么被设定为线程私有

所谓的多线程,其实CPU在一个时间点只能执行某一个线程的方法,也就是说CPU需要在多线程之间不停地做任务切换,这样必然会导致经常中断或恢复。为了能够准确地记录各个线程正在执行的当前字节码指令地址,JVM会为每个线程都分配一个PC寄存器,这样就能解决各个线程之间的独立计算,也不会出现线程之间互相干扰的情况。

由于CPU时间片轮限制,众多线程在并发执行的过程中,任何一个确定的时刻,一个处理器或者多核处理器中的一个内核,只会执行某个线程中的一条字节码指令。这样也会导致中断或恢复,为了确保CPU在线程之间的切换分毫无差,JVM在每个线程创建之后,都会产生线程独有的PC计数器和栈帧,保证各个线程之间互不影响。


# 5、CPU时间片

CPU时间片:CPU分配给各个应用程序的执行时间,每个线程被分配一个时间段,称作它的时间片。

在宏观上:开发者可以同时打开多个应用程序,每个程序互不影响,并行执行。

在微观上:由于只有一个CPU,一次只能处理程序要求的一部分,如何公平分配CPU,此时就需要借助时间片,让每个程序轮流并行执行。

cpu时间片

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