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程序計(jì)數(shù)器

介紹

JVM中的程序計(jì)數(shù)寄存器（Program Counter Register）中，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(chǎng)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(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(duì)物理PC寄存器的一種抽象模擬。

作用

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

• 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(chǔ)區(qū)域。

• 在JVM規(guī)范中，每個(gè)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(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。程序計(jì)數(shù)器會(huì)存儲(chǔ)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(gè)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(gè)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(gè)在Java虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutotMemoryError情況的區(qū)域。

代碼演示

我們首先寫一個(gè)簡(jiǎn)單的代碼

public class PCRegisterTest {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        int j = 20;
        int k = i + j;
    }
}

然后將代碼進(jìn)行編譯成字節(jié)碼文件，我們?cè)俅尾榭?，發(fā)現(xiàn)在字節(jié)碼的左邊有一個(gè)行號(hào)標(biāo)識(shí)，它其實(shí)就是指令地址，用于指向當(dāng)前執(zhí)行到哪里。

0: bipush        10
2: istore_1
3: bipush        20
5: istore_2
6: iload_1
7: iload_2
8: iadd
9: istore_3
10: return

通過PC寄存器，我們就可以知道當(dāng)前程序執(zhí)行到哪一步了 

兩個(gè)常見問題

1 使用PC寄存器存儲(chǔ)字節(jié)碼指令地址有什么用呢？

同 為什么使用PC寄存器記錄當(dāng)前線程的執(zhí)行地址呢？

因?yàn)镃PU需要不停的切換各個(gè)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。

2 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(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？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。

• 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。

• 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。

CPU時(shí)間片

• CPU時(shí)間片即CPU分配給各個(gè)程序的時(shí)間，每個(gè)線程被分配一個(gè)時(shí)間段，稱作它的時(shí)間片。

• 在宏觀上：俄們可以同時(shí)打開多個(gè)應(yīng)用程序，每個(gè)程序并行不悖，同時(shí)運(yùn)行。

• 但在微觀上：由于只有一個(gè)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(gè)程序輪流執(zhí)行。

并行：vs 串行

并發(fā)：?jiǎn)魏?交替執(zhí)行多個(gè)線程的命令

感謝各位的閱讀，以上就是“java程序計(jì)數(shù)器的介紹和作用”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對(duì)java程序計(jì)數(shù)器的介紹和作用這一問題有了更深刻的體會(huì)，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是創(chuàng)新互聯(lián)，小編將為大家推送更多相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！

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