一、PC寄存器概述

CPU只有把數(shù)據(jù)裝載到寄存器才能夠運行。這里，并非是廣義上所指的物理寄存器，或許將其翻譯為PC計數(shù)器（或指令計數(shù)器）會更加貼切（也稱為程序鉤子），并且也不容易引起一些不必要的誤會。JVM中的PC寄存器是對物理PC寄存器的一種抽象模擬。

簡單介紹

1、 PC寄存器是一塊很小的內(nèi)存空間，幾乎可以忽略不計，也是運行速度最快的存儲區(qū)域。

2、 在JVM規(guī)范中，每個線程都有它自己的PC寄存器，是線程私有的，生命周期與線程的生命周期保持一致。

3、 任何時間一個線程都只有一個方法在執(zhí)行，也就是所謂的當(dāng)前方法，PC寄存器會存儲當(dāng)前線程的正在執(zhí)行的Java方法的JVM指令地址；或者，如果是執(zhí)行的native方法，則是未指定值。

4、 PC寄存器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寄存器來完成。

5、 字節(jié)碼解釋器工作時就是通過改變這個寄存器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令。

6、 PC寄存器是唯一 一個在Java虛擬機規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。

注：方法區(qū)（元數(shù)據(jù)區(qū)）和堆區(qū)是有GC（垃圾回收）的，而棧區(qū)和PC寄存器是沒有的；棧區(qū)、方法區(qū)、堆區(qū)是有OOM（OutOfMemoryError）的，而PC寄存器沒有。

二、PC寄存器的作用

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

每一個棧幀就相當(dāng)于存儲了一個方法，棧幀中的每一個指令都有一個標(biāo)識，這里PC寄存器就存儲了指令的地址，起標(biāo)識作用，然后執(zhí)行引擎就根據(jù)這個標(biāo)識來讀取到下一條指令。

三、PC寄存器舉例說明

public class PcRegisterTest {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        int j = 5;
        int k = i+j;
    }
}

這里我們運行編譯下這段代碼，然后在進入到out對應(yīng)的目錄下執(zhí)行javap命令：

我們就可以看到反編譯的一個結(jié)果：

上圖紅色框里的數(shù)字就是指令地址或者偏移地址，其就是PC寄存器里面存儲的地址。藍(lán)色框里的就是操作指令。然后執(zhí)行引擎就根據(jù)這個指令地址取出指定的操作指令來操作虛擬機棧（局部變量表、操作數(shù)表），并且翻譯成機器指令，讓CPU對相應(yīng)的計算。

四、解決PC寄存器常問到的兩個面試問題

1、使用PC寄存器存儲字節(jié)碼指令地址有什么用呢？

（為什么使用PC寄存器記錄當(dāng)前線程的執(zhí)行地址呢？）

因為CPU需要不停的切換各個線程，這時候切換回來后，就得知道是從哪個指令開始繼續(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)碼按指令。

2、PC寄存器為什么會被設(shè)定為線程私有的，一個線程一份？

我們都知道所謂的多線程在一個特定的時間段內(nèi)只會執(zhí)行其中某一個線程的方法，CPU會不停地做任務(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？

1.為了能夠準(zhǔn)確地記錄各個線程正在執(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線程都分配一個PC寄存器，這樣一來各個線程之間便可以進行獨立計算，從而不會出現(xiàn)相互干擾的情況。

2.由于CPU時間片輪限制，眾多線程在并發(fā)執(zhí)行過程中，任何一個確定的時刻，一個處理器或者多核處理器中的一個內(nèi)核，只會執(zhí)行某個線程中的一條指令。

3.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？每個線程在創(chuàng)建后，都會產(chǎn)生自己的程序計數(shù)器和棧幀，程序計數(shù)器在各個線程之間互不影響。

五、CPU時間片

CPU時間片： 即CPU分配給各個程序的時間，每個線程被分配一個時間段，稱作它的時間片。

在宏觀上： 我們可以同時打開多個應(yīng)用程序，每個程序并行不悖，同時運行。

但在微觀上： 由于只有一個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間片，每個程序輪流執(zhí)行。

總的來說，我們用一句話來概括：宏觀并行，微觀并發(fā)。

簡單圖示：

PC寄存器就到這里以上就是JVM中的程序計數(shù)寄存器PC原理分析的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于JVM程序計數(shù)寄存器PC原理的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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