JVM - 程序计数器

# 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。

• 在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。

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# 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;
    }

}
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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
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# 3、PC寄存器的作用

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。

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# 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。

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# 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。

GitHub源码地址：https://github.com/kapbc/Java-Kapcb/tree/master/src/main/java/com/kapcb/ccc/jvm

备注：此文为笔者学习JVM的笔记，鉴于本人技术有限，文中难免出现一些错误，感谢大家批评指正。