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JVM学习笔记(一)程序计数器

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我们需要知道Java虚拟机运行时数据区:

程序计数器


首先,为什么要有程序计数器?
为了保证程序(在操作系统中理解为进程)能够连续地执行下去,CPU必须具有某些手段来确定下一条指令的地址。而程序计数器正是起到这种作用,所以通常又称为指令计数器。
接着,在书上的介绍是:

  • 1.程序计数器是一块较小的内存空间,它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里,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。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。
  • 2.为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都需要有一个独立的程序计数器。
  • 3.如果线程正在执行的是一个java方法,这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址;如果正在执行的是Native方法,这个计数器则为空。
  • 4.此内存区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

探究第一点:
看看在虚拟机中实际是如何执行的。

public int calc(){
    int a=100;
    int b=200;
    int c=300;
    return(a+b)*c;
}

从Java语言的角度来看,这段代码没有任何解释的必要,可以直接使用javap命令看看它的字节码指令

public int calc();
Code:
Stack=2,Locals=4,Args_size=1
0:bipush 100
2:istore_1
3:sipush 200
6:istore_2
7:sipush 300
10:istore_3
11:iload_1
12:iload_2
13:iadd
14:iload_3
15:imul
16:ireturn

javap提示这段代码需要深度为2的操作数栈和4个Slot的局部变量空间。

补充:

偏移地址就是计算机里的内存分段后,在段内某一地址相对于段首地址(段地址)的偏移量.
jvm基本指令:







验证了:书中第4点。我们程序运行过程中计数器中改变的只是值,而不会随着程序的运行需要更大的空间,也就不会发生溢出情况。
探究第二点:每条线程都需要有一个独立的程序计数器

如有如上图过程,当A 线程先向处理器发出指令,但当执行到中途一半时,B线程过来执行,且优先级高,此时处理器将A 挂起,B 执行,当B 执行结束需要唤醒A 同时得知道A 的执行位置,就可以查看线程A 中的计数器指令
探究第三点:为什么执行的是native 方法时,为undefined?
由上我们知道计数器记录的字节码指令地址,但是native 本地(如:System.currentTimeMillis()/ public static native long currentTimeMillis();)方法是大多是通过C实现并未编译成需要执行的字节码指令所以在计数器中当然是空(undefined).

引申:那native 方法的多线程是如何实现的呢?
native 方法是通过调用系统指令来实现的,那系统是如何实现多线程的则 native 就是如何实现的。
Java线程总是需要以某种形式映射到OS(操作系统)线程上。映射模型可以是1:1(原生线程模型)、n:1(绿色线程 / 用户态线程模型)、m:n(混合模型)。以HotSpotVM的实现为例,它目前在大多数平台上都使用1:1模型,也就是每个Java线程都直接映射到一个OS线程上执行。此时,native方法就由原生平台直接执行,并不需要理会抽象的JVM层面上的“pc寄存器”概念——原生的CPU上真正的PC寄存器是怎样就是怎样。就像一个用C或C++写的多线程程序,它在线程切换的时候是怎样的,Java的native方法也就是怎样的。

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