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JVM—程序计数器

JAVA 西门飞冰 137℃
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1.JVM内存结构位置

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2.程序计数器介绍

  • 程序计数器是记录着当前线程所即将执行的字节码指令行号
  • 每一个线程都拥有自己的计数器
  • 执行java方法时,程序计数器是有值的
  • 执行native本地方法时,计数器值为空
  • 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。
  • 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。
  • 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。

3.CPU 时间片

理解程序计数器之前,有必要先了解一下CPU时间片

1、CPU时间片即CPU分配给各个程序的时间,每个线程被分配一个时间段,称作它的时间片。

2、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。

3、但在微观上:由于只有一个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,每个程序轮流执行

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4.程序计数器的作用

程序计数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,并执行该指令。

1、因为CPU需要不停的切换各个线程,切换回原来的线程以后,就得知道接着从哪开始继续执行,这个就是程序计数器记录的

2、JVM的字节码解释器就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

5.程序计数器为什么被设定为私有的?

1、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。

2、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。

3、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。

6.程序计数器使用举例

案例代码:

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);
    }
}

查看字节码文件:

% javap -verbose PCRegisterTest.class 
  //……省略无用信息……
  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: (0x0009) 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           #7                  // String abc
        12: astore        4
        14: getstatic     #9                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        17: iload_1
        18: invokevirtual #15                 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
        21: getstatic     #9                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        24: iload_3
        25: invokevirtual #15                 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
        28: return

       //……省略无用信息……

左边的数字代表指令地址(指令偏移),即 PC 寄存器中可能存储的值,然后执行引擎读取 PC 寄存器中的值,并执行该指令

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