【JVM以内存与垃圾回收篇】程序计数器

程序计数器

介绍

JVM 中的程序计数寄存器（Program Counter Register）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 只有把数据装载到寄存器才可以运行。

这里，并不是是广义上所指的物理寄存器，或许将其翻译为 PC 计数器（或指令计数器）会更加贴切（也称为程序钩子），而且也不容易引发一些没必要要的误会。JVM 中的 PC 寄存器是对物理 PC 寄存器的一种抽象模拟。

它是一块很小的内存空间，几乎能够忽略不记。也是运行速度最快的存储区域。

在 JVM 规范中，每一个线程都有它本身的程序计数器，是线程私有的，生命周期与线程的生命周期保持一致。

任什么时候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，若是是在执行 native 方法，则是未指定值（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须要依赖这个计数器来完成。字节码解释器工做时就是经过改变这个计数器的值来选取下一条须要执行的字节码指令。

它是惟一一个在 Java 虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 状况的区域。

做用

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

代码演示

咱们首先写一个简单的代码

/**程序计数器
 * @author: Nemo
 */
public class PCRegisterTest {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        int j = 20;
        int k = i + j;
    }
}

而后将代码进行编译成字节码文件，咱们再次查看，发如今字节码的左边有一个行号标识，它其实就是指令地址，用于指向当前执行到哪里。

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

经过 PC 寄存器，咱们就能够知道当前程序执行到哪一步了！

使用 PC 寄存器存储字节码指令地址有什么用呢？

由于 CPU 须要不停的切换各个线程，这时候切换回来之后，就得知道接着从哪开始继续执行。

JVM 的字节码解释器就须要经过改变 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 寄存器为何被设定为私有的？

咱们都知道所谓的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 会不停地作任务切换，这样必然致使常常中断或恢复，如何保证分毫无差呢？为了可以准确地记录各个线程正在执行的当前字节码指令地址，最好的办法天然是为每个线程都分配一个 PC 寄存器，这样一来各个线程之间即可以进行独立计算，从而不会出现相互干扰的状况。

因为 CPU 时间片轮限制，众多线程在并发执行过程当中，任何一个肯定的时刻，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。

这样必然致使常常中断或恢复，如何保证分毫无差呢？每一个线程在建立后，都会产生本身的程序计数器和栈帧，程序计数器在各个线程之间互不影响。

CPU 时间片

CPU 时间片即 CPU 分配给各个程序的时间，每一个线程被分配一个时间段，称做它的时间片。

在宏观上：咱们能够同时打开多个应用程序，每一个程序并行不悖，同时运行。

但在微观上：因为只有一个 CPU，一次只能处理程序要求的一部分，如何处理公平，一种方法就是引入时间片，每一个程序轮流执行。