JVM用寄存器實現(xiàn)程序計數(shù)

更新時間：2023年02月16日 10:00:43 作者：weixin_43912367

這篇文章主要介紹了JVM用寄存器實現(xiàn)程序計數(shù)，JVM中的程序計數(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的現(xiàn)場信息。CPU只有把數(shù)據(jù)裝載到寄存器才能夠運行

1.PC 寄存器介紹

JVM中的程序計數(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的現(xiàn)場信息。CPU只有把數(shù)據(jù)裝載到寄存器才能夠運行。
這里，并非是廣義上所指的物理寄存器，或許將其翻譯為PC計數(shù)器（或指令計數(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。
它是一塊很小的內存空間，幾乎可以忽略不記。也是運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。
任何時間一個線程都只有一個方法在執(zhí)行，也就是所謂的當前方法。程序計數(shù)器會存儲當前線程正在執(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、異常處理、線程恢復等基礎功能都需要依賴這個計數(shù)器來完成
字節(jié)碼解釋器工作時就是通過改變這個計數(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寄存器來記錄當前線程的執(zhí)行地址呢？

因為線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該執(zhí)行什么樣的字節(jié)碼指令

PC寄存器為什么被設定為私有的？

我們都知道所謂的多線程在一個特定的時間段內只會執(zhí)行其中某一個線程的方法，CPU會不停地做任務切換，這樣必然導致經(jīng)常中斷或恢復，如何保證分毫無差呢？
為了能夠準確地記錄各個線程正在執(zhí)行的當前字節(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行獨立計算，從而不會出現(xiàn)相互干擾的情況。
由于CPU時間片輪限制，眾多線程在并發(fā)執(zhí)行過程中，任何一個確定的時刻，一個處理器或者多核處理器中的一個內核，只會執(zhí)行某個線程中的一條指令。
這樣必然導致經(jīng)常中斷或恢復，如何保證分毫無差呢？每個線程在創(chuàng)建后，都會產生自己的程序計數(shù)器和棧幀，程序計數(shù)器在各個線程之間互不影響。