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JVM用寄存器實(shí)現(xiàn)程序計(jì)數(shù)

 更新時(shí)間：2023年02月16日 10:00:43   作者：weixin_43912367  
這篇文章主要介紹了JVM用寄存器實(shí)現(xiàn)程序計(jì)數(shù)，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，寄存器存儲指令相關(guān)的現(xiàn)場信息。CPU只有把數(shù)據(jù)裝載到寄存器才能夠運(yùn)行

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1.PC 寄存器介紹

  • 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，寄存器存儲指令相關(guān)的現(xiàn)場信息。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。JVM中的PC寄存器是對物理PC寄存器的一種抽象模擬。
  • 它是一塊很小的內(nèi)存空間，幾乎可以忽略不記。也是運(yùn)行速度最快的存儲區(qū)域。
  • 在JVM規(guī)范中，每個線程都有它自己的程序計(jì)數(shù)器，是線程私有的，生命周期與線程的生命周期保持一致。
  • 任何時(shí)間一個線程都只有一個方法在執(zhí)行，也就是所謂的當(dāng)前方法。程序計(jì)數(shù)器會存儲當(dāng)前線程正在執(zhí)行的Java方法的JVM指令地址；或者，如果是在執(zhí)行native方法，則是未指定值（undefined）。
  • 它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計(jì)數(shù)器來完成
  • 字節(jié)碼解釋器工作時(shí)就是通過改變這個計(jì)數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令。
  • 它是唯一一個在Java虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutofMemoryError情況的區(qū)域。

2.PC 寄存器的作用

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

3.代碼示例

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);
    }
}

使用反編譯：javap -v PCRegisterTest.class

左邊的數(shù)字代表指令地址 (偏移地址)，即 PC 寄存器中可能存儲的值，然后執(zhí)行引擎讀取 PC 寄存器中的值，并執(zhí)行該指令

4.兩個常見面試題

使用 PC寄存器 存儲字節(jié)碼指令地址有什么用呢？

或者問 為什么使用 PC寄存器 來記錄當(dāng)前線程的執(zhí)行地址呢？

  • 因?yàn)榫€程是一個個的順序執(zhí)行流，CPU需要不停的切換各個線程，這時(shí)候切換回來以后，就得知道接著從哪開始繼續(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)碼指令

PC寄存器為什么被設(shè)定為私有的？

  • 我們都知道所謂的多線程在一個特定的時(shí)間段內(nèi)只會執(zhí)行其中某一個線程的方法，CPU會不停地做任務(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？
  • 為了能夠準(zhǔn)確地記錄各個線程正在執(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線程都分配一個PC寄存器，這樣一來各個線程之間便可以進(jìn)行獨(dú)立計(jì)算，從而不會出現(xiàn)相互干擾的情況。
  • 由于CPU時(shí)間片輪限制，眾多線程在并發(fā)執(zhí)行過程中，任何一個確定的時(shí)刻，一個處理器或者多核處理器中的一個內(nèi)核，只會執(zhí)行某個線程中的一條指令。
  • 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？每個線程在創(chuàng)建后，都會產(chǎn)生自己的程序計(jì)數(shù)器和棧幀，程序計(jì)數(shù)器在各個線程之間互不影響。

5.CPU時(shí)間片

  • CPU時(shí)間片即CPU分配給各個程序的時(shí)間，每個線程被分配一個時(shí)間段，稱作它的時(shí)間片。
  • 在宏觀上：我們可以同時(shí)打開多個應(yīng)用程序，每個程序并行不悖，同時(shí)運(yùn)行。
  • 但在微觀上：由于只有一個CPU，一次只能處理程序要求的一部分，如何處理公平，一種方法就是引入時(shí)間片，每個程序輪流執(zhí)行。

到此這篇關(guān)于JVM用寄存器實(shí)現(xiàn)程序計(jì)數(shù)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)JVM程序計(jì)數(shù)器內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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