什么叫做“程序计数器”？它能做什么？

绝地灬酷狼 2021-10-09 09:30 533阅读 0赞

什么叫做“程序计数器”？它能做什么？

程序计数器在JMM中的位置如下

是一个线程独享的数据区域，也就是说，每个线程之间的数据相互不干扰，是一个线程内存空间。

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程序计数器 内存空间是不大的，第一眼看到这个名词，很有可能被认为是计量程序执行次数？不不不，千万别这样理解，我们可以把它当做一个下标位置临时存储，例如打断点中的当前断点位置；都知道，对于jvm层面而言，所执行的是class字节码文件，那么字节码文件中的程序逻辑也有顺序，一个简单的程序化结构语言如下：

那么程序计数器中到底存放的是什么内容呢？

好比下方的一个简单的程序流程图来说，当执行完“用户输入”动作后，下一步的动作是什么？谁知道？只有当前线程的程序计数器知道，"程序计数器"知道，当“输入是否是字符Y”后判断true还是false后，分别执行说明动作？是B操作？C操作？还是其他操作？都需要通过程序计数器来控制。

换一种描述词，我们还可以把其当做当前线程所执行的字节码的行号指示器。是一种程序控制流的指示器，包括任何的分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等操作都需要依赖于当前线程的程序计数器来指引。

通过程序计数器，将一个个指令，可以连接成一个完整的动作，从而完成整个程序的执行。

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那么为什么程序计数器的内存空间是私有的呢？

这里就要涉及到多线程环境下的问题了。

在我们的物理机上，可能会存在上百个线程在同时执行，那么每个线程所执行的工作都是不一样的。线程1正在执行开门动作，下一步准备执行关门动作；线程2正在执行扫地动作，下一步准备执行倒垃圾动作；那么两个线程之间的下一步动作都不能相互干扰，不然就乱套了。

在我们的物理机上，会有多核处理器（或者单核处理器），但是只会有一个内核，那么在某一个时刻，只会有一个线程抢占到了内核执行权利，也就是说，某一个时刻只会执行一个线程所做的事情，那么在多线程环境下，线程间的来回切换是很常见的事情，多线程之间频繁竞争处理器的执行所有权，可能线程1刚执行完开门动作，刚开到一半的门，就被线程2所抢占了，就开始扫地，线程2扫了一下，又被线程1抢占，继续执行开门动作了。这种频繁的线程唤醒，线程挂起的动作，在每个线程都会高频出现，那么为了保证每个线程在唤起的时候，能够正确的恢复到各自的执行位置，也就是对应的行号指示器的位置，继续执行未完成的动作，那么每个线程都需要有一个独立的程序计数器空间，用于存储各自线程的执行指令控制，保证多线程间相互不影响。这类内存空间也统称为“线程私有”的内存。

当Java程序正在执行 “本地方法（Native Method）”的时候，程序计数器是null?

结合网络大佬的说法，我们也分析一下：

1.当执行Java程序的时候，我们程序计数器中存的就是Java字节码的地址。

存放的地址有两种形式：

（1）相对下一步指令的字节码开始处的偏移量：bytecode index, bci，字节码下标；

（2）该字节码指令在jvm内存中的地址值：bytecode pointer, bcp；

2.但是对于native method 而言，方法体内容不是由Java程序语言编写的，自然在解释编译阶段，也不能生成对应的字节码数据。所以jvm规范上定义了，如果当前执行的方法是本地方法，那么对应计数器所指向的值是未定义的，也就是可能为null。

那么问题来了，如果是null，那么执行了一个本地方法后，接下来要执行什么呢？这如何绑定呢？

这里就是涉及到一个线程映射问题了，我们的jvm线程是通过映射方式到操作系统上线程执行的。那么当执行的是一个本地方法的时候，就跳过了映射，直接在系统上执行，并不需要考虑JVM的程序计数器的概念。那么本地方法执行完成后，就会退出当前栈帧，接着就继续执行后一个方法。是不需要程序计数器提供数据支撑的。本身就是一个操作系统层面的概念了。

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