JVM中的程序计数寄存器PC是什么详解

目录

• 一、PC寄存器概述
• 简单介绍
• 二、PC寄存器的作用
• 三、PC寄存器举例说明
• 四、解决PC寄存器常问到的两个面试问题
• 1、使用PC寄存器存储字节码指令地址有什么用呢？
• 2、PC寄存器为什么会被设定为线程私有的，一个线程一份？
• 五、CPU时间片

一、PC寄存器概述

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。

简单介绍

1、 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。

2、 在JVM规范中，每个线程都有它自己的PC寄存器，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，PC寄存器会存储当前线程的正在执行的Java方法的JVM指令地址；或者，如果是执行的native方法，则是未指定值。

4、 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寄存器来完成。

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

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

注：方法区（元数据区）和堆区是有GC（垃圾回收）的，而栈区和PC寄存器是没有的；栈区、方法区、堆区是有OOM（OutOfMemoryError）的，而PC寄存器没有。

二、PC寄存器的作用

PC寄存器用来存储指向下一条指令的地址，即将要执行的指令代码。由执行引擎读取下一条指令。

每一个栈帧就相当于存储了一个方法，栈帧中的每一个指令都有一个标识，这里PC寄存器就存储了指令的地址，起标识作用，然后执行引擎就根据这个标识来读取到下一条指令。

三、PC寄存器举例说明

public class PcRegisterTest {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        int j = 5;
        int k = i+j;
    }
}

这里我们运行编译下这段代码，然后在进入到out对应的目录下执行javap命令：

我们就可以看到反编译的一个结果：

上图红色框里的数字就是指令地址或者偏移地址，其就是PC寄存器里面存储的地址。蓝色框里的就是操作指令。然后执行引擎就根据这个指令地址取出指定的操作指令来操作虚拟机栈（局部变量表、操作数表），并且翻译成机器指令，让CPU对相应的计算。

四、解决PC寄存器常问到的两个面试问题

1、使用PC寄存器存储字节码指令地址有什么用呢？

（为什么使用PC寄存器记录当前线程的执行地址呢？）

因为CPU需要不停的切换各个线程，这时候切换回来后，就得知道是从哪个指令开始继续执行。JVM的字节码解释器就需要通过改变PC寄存器的值来明确下一条应该执行什么样的字节码按指令。

2、PC寄存器为什么会被设定为线程私有的，一个线程一份？

我们都知道所谓的多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会不停地做任务切换，这样必然导致经常中断或恢复，如何保证分毫无差呢？

1.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一个线程都分配一个PC寄存器，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。

2.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中的一个内核，只会执行某个线程中的一条指令。

3.这样必然导致经常中断或恢复，如何保证分毫无差呢？每个线程在创建后，都会产生自己的程序计数器和栈帧，程序计数器在各个线程之间互不影响。

五、CPU时间片

CPU时间片： 即CPU分配给各个程序的时间，每个线程被分配一个时间段，称作它的时间片。

在宏观上： 我们可以同时打开多个应用程序，每个程序并行不悖，同时运行。

但在微观上： 由于只有一个CPU，一次只能处理程序要求的一部分，如何处理公平，一种方法就是引入时间片，每个程序轮流执行。

总的来说，我们用一句话来概括：宏观并行，微观并发。

简单图示：

PC寄存器就到这里以上就是JVM中的程序计数寄存器PC原理分析的详细内容，更多关于JVM程序计数寄存器PC原理的资料请关注我们其它相关文章！