JVM笔记十：pc寄存器-优快云博客

pc寄存器介绍

在这里插入图片描述
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能够运行。这里，并非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)，并且也不容易引起一些不必要的误会。JVM中的PC寄存器是对物理PC寄存器的一种抽象模拟。

java中存不存在寄存器呢？其实可以说是存在的，就是jvm中的pc寄存器，可以理解成cpu中的寄存器的类似的一个结构，一种抽象的模拟，不是一个东西，这里是一个软件层面的概念

作用: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。
在这里插入图片描述

它是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，如果是在执行本地（native）方法，则是未指定值(undefned)。因为pc寄存器调用的是虚拟机栈，是一个java层面的寄存器，而本地方法是本地方法栈，是c层面的，故pc寄存器值显示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这个计数器来完成。它有点像游标、集合的迭代器。
字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。
它是唯一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOtMemoryError情况的区域。（栈只有入栈出栈没有gc，堆和方法区有gc，pc不会oom ，虚拟机栈本地方法栈、堆和方法区都会溢出所以有oom）

pc寄存器作用实例

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

    }
}

在这里插入图片描述

理解pc寄存器

使用PC寄存器存储字节码指令地址有什么用呢? 为什么使用PC寄存器记录当前线程的执行地址呢?
因为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的字节码解释器就需要通过改变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。
如：
在这里插入图片描述

PC寄存器为什么会被设定为线程私有
我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的情况。
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。这样必然导致经常中断或恢复，如何保证分毫无差呢?每个线程在创建后，都会产生自己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。
即每个线程由自己私有的一份pc寄存器，每个线程都需要单独的记录一下自己的地址值（下一条指令的位置），cpu进行并发执行，切换为其他线程后，仍知道自己该线程下一条指令该执行什么，当cpu切换回该线程后，知道自己下一步干嘛。如果是共享的，则当切换为其他线程时，pc寄存器记录的数据就会发生改变，当你切换回原来线程时，因为pc寄存器的值就发生了改变，所以找不到该执行的下一条指令。故各线程需要自己的pc寄存器。

PC寄存器中的值何时被改变
参考汇编语言中指令执行寄存器值的改变
在这里插入图片描述
更多的变化图，可见汇编语言王爽第四版寄存器章节

1.读取完当前PC寄存器所指向的内存单元，读取指令，读取的指令放入指令缓冲器；
2.PC寄存器的值马上就改变，指向下条指令地址；
3.执行指令缓存器中的内存指令

CPU时间片

CPU时间片即CPU分配给各个程序的时间，每个线程被分配–个时间段，称作它的时间片。
在宏观.上:我们可以同时打开多个应用程序，每个程序并行不悖，同时运行。但在微观.上:由于只有一个CPU（只有一个核），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，每个程序轮流执行。
在这里插入图片描述