JVM程序计数器(PC寄存器)

概念

①程序计数器用来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。比如分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖程序计数器来完成。

②JVM中每个线程都有自己的程序计数器,是线程私有的,生命周期与线程的生命周期保持一致。

③任何时间,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。如果执行的是native方法,则未指定值(undefined)。

④字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。

⑤它是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutofMemoryError情况的区域。

执行流程

首先反编译一段代码

public class PCRegisterTest {

    public static void main(String[] args) {

        int i = 10;
        int j = 20;
        int k = i + j;

        String s = "abc";

        System.out.println(i);

        System.out.println(k);
    }
}
image.png

上图是反编译后的字节码内容,红色框选的部分代表的是指令地址(偏移地址),绿色框选的部分代表的是具体的操作指令。

一个线程执行的时候,在任何时间内只有一个方法在执行,叫做当前方法,当方法执行的时候,程序计数器负责存储指令地址,比如上图中红色框选部分中的指令地址6,然后由执行引擎读取指令地址6并找到与之对应的操作指令iload_1,存储到局部变量表中,然后将iload_1操作指令翻译成机器指令,最终机器指令由CPU执行运算,流程如下图所示:

image.png

面试题

①为什么使用程序计数器记录当前线程执行的地址呢?
答:因为CPU需要不停的切换各个线程,切换回来以后,需要知道当前方法从哪里开始继续执行。

②程序计数器为什么被设定为线程私有?
答:我们知道所谓的都线程在一个特定的时间段内只会执行其中某一个线程的方法,CPU会不停地做线程切换,这样必然会导致线程经常中断或恢复,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,最好的办法自然是为每个线程都分配一个程序计数器,这样一来,各个线程之间便可以进行独立计算,从而不会出现相互干扰的情况。
由于CPU时间片轮限制,众多线程在并发执行过程中,任何一个确定的时刻,一个处理器或者多核处理器的一个内核,只会执行某个线程中的一条指令。

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