JVM03 - 程序计数器

目录

1.程序计数器概述

2.程序计数器作用

3.为什么使用程序计数器来记录当前线程的执行地址

4.程序计数器为什么被设定为线程私有

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1.程序计数器概述

       程序计数器（Program Counter Register）：并非是广义上所指的物理寄存器，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），JVM中的PC寄存器是对物理PC寄存器的一种抽象模拟。在JVM规范中，每个线程都有它自己的程序计数器，是线程私有的，生命周期与线程的生命周期保持一致。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（如果是在执行native方法，则是undefned）。它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此计数器来完成。字节码解释器工作时就是通过改变程序计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。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。

2.程序计数器作用

       程序计数器作用：存储指向下一条指令的地址，由执行引擎将指令解释为机器码后交由cpu进行处理。

Demo：

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);
    }
}

反编译：javap -v xxx.class 

Constant pool:
   #1 = Methodref          #6.#26         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = String             #27            // abc
   #3 = Fieldref           #28.#29        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   #4 = Methodref          #30.#31        // java/io/PrintStream.println:(I)V
   #5 = Class              #32            // com/atguigu/java/PCRegisterTest
   #6 = Class              #33            // java/lang/Object
   #7 = Utf8               <init>
   #8 = Utf8               ()V
   #9 = Utf8               Code
  #10 = Utf8               LineNumberTable
  #11 = Utf8               LocalVariableTable
  #12 = Utf8               this
  #13 = Utf8               Lcom/atguigu/java/PCRegisterTest;
  #14 = Utf8               main
  #15 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
  #16 = Utf8               args
  #17 = Utf8               [Ljava/lang/String;
  #18 = Utf8               i
  #19 = Utf8               I
  #20 = Utf8               j
  #21 = Utf8               k
  #22 = Utf8               s
  #23 = Utf8               Ljava/lang/String;
  #24 = Utf8               SourceFile
  #25 = Utf8               PCRegisterTest.java
  #26 = NameAndType        #7:#8          // "<init>":()V
  #27 = Utf8               abc
  #28 = Class              #34            // java/lang/System
  #29 = NameAndType        #35:#36        // out:Ljava/io/PrintStream;
  #30 = Class              #37            // java/io/PrintStream
  #31 = NameAndType        #38:#39        // println:(I)V
  #32 = Utf8               com/atguigu/java/PCRegisterTest
  #33 = Utf8               java/lang/Object
  #34 = Utf8               java/lang/System
  #35 = Utf8               out
  #36 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
  #37 = Utf8               java/io/PrintStream
  #38 = Utf8               println
  #39 = Utf8               (I)V
{
  public com.atguigu.java.PCRegisterTest();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 7: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       5     0  this   Lcom/atguigu/java/PCRegisterTest;

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=5, args_size=1
         0: bipush        10
         2: istore_1
         3: bipush        20
         5: istore_2
         6: iload_1
         7: iload_2
         8: iadd
         9: istore_3
        10: ldc           #2                  // String abc
        12: astore        4
        14: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        17: iload_1
        18: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
        21: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        24: iload_3
        25: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
        28: return
      LineNumberTable:
        line 10: 0
        line 11: 3
        line 12: 6
        line 14: 10
        line 15: 14
        line 16: 21
        line 18: 28
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      29     0  args   [Ljava/lang/String;
            3      26     1     i   I
            6      23     2     j   I
           10      19     3     k   I
           14      15     4     s   Ljava/lang/String;

左边的数字代表指令地址（指令偏移），即程序计数器中存储的值，由执行引擎将指令解释为机器码后交由cpu进行处理。

3.为什么使用程序计数器来记录当前线程的执行地址

       因为线程是一个个的顺序执行流，CPU需要不停的切换各个线程，从线程A切换回来的线程B需要知道从哪行代码开始继续执行（JVM的字节码解释器需要通过改变程序计数器的值来明确下一条应该执行什么样的字节码指令）。

4.程序计数器为什么被设定为线程私有

       由于CPU时间片轮转的限制，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。这样必然导致线程经常中断或恢复，如何保证分毫无差呢？ 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。