JVM 中运行时数据区之程序计数寄存器(PC 计数器)

PC Register 介绍

PC Register (Program Counter Register)
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JVM 中的程序计数寄存器中,Register 的命名源于 CPU 的寄存器,寄存器存储指令相关的现场信息。CPU 只有把数据装在到寄存器才能够运行。

这里,并非时广义上所指的物理寄存器,获取将其翻译为 PC 计数器 (或指令计数器) 会更加贴切(也成为程序钩子),并且也不容易引起一些不必要的误会。JVM 中的 PC 寄存器时对物理 PC 寄存器的一种抽象模拟。

作用

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

  • 它时一块很小的内存空间,几乎可以忽略不记。也是运行速度最快的存储区域。
  • 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
  • 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。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;或者,如果是在执行 native 方法,则是未指定值 (undefined)
  • 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计数器来完成。
  • 字节码解释器工作时就是通过这个计数器的指来选区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 OutOtMemoryError 情况的区域。

通过一小段字节码文件来认识一下:
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两个常见问题

使用 PC 寄存器存储字节码指令地址有什么用?

要回答为什么使用 PC 寄存器记录当前线程的执行地址需要明白:
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  • CPU 需要不停的切换各个线程,这时候切换回来以后,就得知道接着从哪开始继续执行。
  • JVM 的字节码解释器需要通过改变 PC 寄存器的值来明确下一条应该执行什么样的字节码指令
PC 寄存器为什么会被设定为线程私有?
  • 我们知道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?为了能够准确地记录各个线程正在执行地当前字节码指令地址,最好地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地情况。

  • 由于 CPU 时间片轮限制,众多线程在并发执行过程中,任何一个确定地时刻,一个处理器或者多核处理器中地一个内核,指会执行某个线程中地一条指令。

  • 这样必然导致经常中断或者恢复,为了保证中断前后数据不丢失,每个线程在创建后,都会产生自己地程序计数器和栈帧,程序计数器在各个线程之间互不影响。

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