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JVM中的程序計(jì)數(shù)寄存器PC是什么詳解

更新時(shí)間：2021年09月27日 15:05:39 作者：不會(huì)編程的派大星

這篇文章主要介紹了JVM中的程序計(jì)數(shù)寄存器PC原理分析，JVM中的程序計(jì)數(shù)寄存器（Program Counter Register），Register的命名源于CPU的寄存器，寄存器存儲(chǔ)指令相關(guān)的現(xiàn)場信息

一、PC寄存器概述

在這里插入圖片描述

CPU只有把數(shù)據(jù)裝載到寄存器才能夠運(yùn)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(jì)數(shù)器（或指令計(jì)數(shù)器）會(huì)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(huì)。JVM中的PC寄存器是對物理PC寄存器的一種抽象模擬。

簡單介紹

1、 PC寄存器是一塊很小的內(nèi)存空間，幾乎可以忽略不計(jì)，也是運(yùn)行速度最快的存儲(chǔ)區(qū)域。

2、在JVM規(guī)范中，每個(gè)線程都有它自己的PC寄存器，是線程私有的，生命周期與線程的生命周期保持一致。

3、任何時(shí)間一個(gè)線程都只有一個(gè)方法在執(zhí)行，也就是所謂的當(dāng)前方法，PC寄存器會(huì)存儲(chǔ)當(dāng)前線程的正在執(zhí)行的Java方法的JVM指令地址；或者，如果是執(zhí)行的native方法，則是未指定值。

4、 PC寄存器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(gè)寄存器來完成。

5、字節(jié)碼解釋器工作時(shí)就是通過改變這個(gè)寄存器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令。

6、 PC寄存器是唯一一個(gè)在Java虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。

注：方法區(qū)（元數(shù)據(jù)區(qū)）和堆區(qū)是有GC（垃圾回收）的，而棧區(qū)和PC寄存器是沒有的；棧區(qū)、方法區(qū)、堆區(qū)是有OOM（OutOfMemoryError）的，而PC寄存器沒有。

二、PC寄存器的作用

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

在這里插入圖片描述

每一個(gè)棧幀就相當(dāng)于存儲(chǔ)了一個(gè)方法，棧幀中的每一個(gè)指令都有一個(gè)標(biāo)識(shí)，這里PC寄存器就存儲(chǔ)了指令的地址，起標(biāo)識(shí)作用，然后執(zhí)行引擎就根據(jù)這個(gè)標(biāo)識(shí)來讀取到下一條指令。

三、PC寄存器舉例說明

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

這里我們運(yùn)行編譯下這段代碼，然后在進(jìn)入到out對應(yīng)的目錄下執(zhí)行javap命令：

在這里插入圖片描述

我們就可以看到反編譯的一個(gè)結(jié)果：

在這里插入圖片描述

上圖紅色框里的數(shù)字就是指令地址或者偏移地址，其就是PC寄存器里面存儲(chǔ)的地址。藍(lán)色框里的就是操作指令。然后執(zhí)行引擎就根據(jù)這個(gè)指令地址取出指定的操作指令來操作虛擬機(jī)棧（局部變量表、操作數(shù)表），并且翻譯成機(jī)器指令，讓CPU對相應(yīng)的計(jì)算。

四、解決PC寄存器常問到的兩個(gè)面試問題

1、使用PC寄存器存儲(chǔ)字節(jié)碼指令地址有什么用呢？

（為什么使用PC寄存器記錄當(dāng)前線程的執(zhí)行地址呢？）

在這里插入圖片描述

因?yàn)镃PU需要不停的切換各個(gè)線程，這時(shí)候切換回來后，就得知道是從哪個(gè)指令開始繼續(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)碼按指令。

2、PC寄存器為什么會(huì)被設(shè)定為線程私有的，一個(gè)線程一份？

我們都知道所謂的多線程在一個(gè)特定的時(shí)間段內(nèi)只會(huì)執(zhí)行其中某一個(gè)線程的方法，CPU會(huì)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？

1.為了能夠準(zhǔn)確地記錄各個(gè)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(gè)線程都分配一個(gè)PC寄存器，這樣一來各個(gè)線程之間便可以進(jìn)行獨(dú)立計(jì)算，從而不會(huì)出現(xiàn)相互干擾的情況。

2.由于CPU時(shí)間片輪限制，眾多線程在并發(fā)執(zhí)行過程中，任何一個(gè)確定的時(shí)刻，一個(gè)處理器或者多核處理器中的一個(gè)內(nèi)核，只會(huì)執(zhí)行某個(gè)線程中的一條指令。

3.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(gè)線程在創(chuàng)建后，都會(huì)產(chǎn)生自己的程序計(jì)數(shù)器和棧幀，程序計(jì)數(shù)器在各個(gè)線程之間互不影響。