前言
运行时数据区结构概述
- 运行时数据区与内存
- 线程的内存空间
- Runtime类
线程
- JVM 线程
- JVM 系统线程
程序计数器(PC寄存器)
- PC寄存器介绍
- PC寄存器的作用
- 举例
- https://blog.csdn.net/21aspnet/article/details/88351875">看字节码的方法：https://blog.csdn.net/21aspnet/article/details/88351875
1 = Methodref #6.#26 // java/lang/Object.”“:()V
2 = String #27 // abc
3 = Fieldref #28.#29 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
4 = Methodref #30.#31 // java/io/PrintStream.println:(I)V
5 = Class #32 // com/atguigu/java/PCRegisterTest
6 = Class #33 // java/lang/Object
7 = Utf8
8 = Utf8 ()V
9 = Utf8 Code
10 = Utf8 LineNumberTable
11 = Utf8 LocalVariableTable
12 = Utf8 this
13 = Utf8 Lcom/atguigu/java/PCRegisterTest;
14 = Utf8 main
15 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V
16 = Utf8 args
17 = Utf8 [Ljava/lang/String;
18 = Utf8 i
19 = Utf8 I
20 = Utf8 j
21 = Utf8 k
22 = Utf8 s
23 = Utf8 Ljava/lang/String;
24 = Utf8 SourceFile
25 = Utf8 PCRegisterTest.java
26 = NameAndType #7:#8 // ““:()V
27 = Utf8 abc
28 = Class #34 // java/lang/System
29 = NameAndType #35:#36 // out:Ljava/io/PrintStream;
30 = Class #37 // java/io/PrintStream
31 = NameAndType #38:#39 // println:(I)V
32 = Utf8 com/atguigu/java/PCRegisterTest
33 = Utf8 java/lang/Object
34 = Utf8 java/lang/System
35 = Utf8 out
36 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;
37 = Utf8 java/io/PrintStream
38 = Utf8 println
39 = Utf8 (I)V
- 两个面试题

前言

本节主要讲的是运行时数据区，也就是下图紫色部分，它是在类加载完成后的阶段

当我们通过前面的：类的加载 –>链接：（验证 –> 准备 –> 解析） –> 初始化，这几个阶段完成后，就会用执行引擎对已加载的类进行执行，在执行引擎执行过程将会使用到运行时数据区。

类比一下也就是大厨做饭，我们把大厨后面的东西（切好的菜，刀，调料），比作是运行时数据区。而厨师可以类比于执行引擎，将通过准备的东西进行制作成精美的菜品。

运行时数据区结构概述

运行时数据区与内存

内存是非常重要的系统资源，是硬盘和CPU的中间仓库及桥梁，承载着操作系统和应用程序的实时运行。JVM内存布局规定了Java在运行过程中内存申请、分配、管理的策略，保证了JVM的高效稳定运行。不同的JVM对于内存的划分方式和管理机制存在着部分差异。结合JVM虚拟机规范，来探讨一下经典的JVM内存布局。
我们通过磁盘或者网络IO得到的数据，都需要先加载到内存中，然后CPU从内存中获取数据进行读取，也就是说内存充当了CPU和磁盘之间的桥梁

运行时数据区：jdk1.8之后

线程的内存空间

Java虚拟机定义了若干种程序运行期间会使用到的运行时数据区：其中有一些会随着虚拟机启动而创建，随着虚拟机退出而销毁。另外一些则是与线程一一对应的，这些与线程对应的数据区域会随着线程开始和结束而创建和销毁。
灰色的为单独线程私有的，红色的为多个线程共享的。即：
- 线程独有：独立包括程序计数器、栈、本地方法栈
- 线程间共享：堆、堆外内存（永久代或元空间、代码缓存）

优化的重点在堆空间，垃圾回收主要是针对堆空间
元空间相当于是堆外内存的具体实现
关于方法区是元空间+代码缓存还是仅仅包括元空间说法不一，可暂时把代码缓存算为方法区一部分

Runtime类

每个JVM只有一个Runtime实例。即为运行时环境，相当于内存结构的中间的那个框框：运行时环境。

线程

JVM 线程

线程是一个程序里的运行单元。JVM允许一个应用有多个线程并行的执行
在Hotspot JVM里，每个线程都与操作系统的本地线程直接映射
- 当一个Java线程准备好执行以后，此时一个操作系统的本地线程也同时创建。Java线程执行终止后，本地线程也会回收
- 线程分为守护线程和普通线程，当程序中只剩下守护线程则JVM可以退出
操作系统负责将线程安排调度到任何一个可用的CPU上。一旦本地线程初始化成功，它就会调用Java线程中的run()方法
JVM 系统线程

如果你使用jconsole或者是任何一个调试工具，都能看到在后台有许多线程在运行。这些后台线程不包括调用public static void main(String[])的main线程以及所有这个main线程自己创建的线程。
这些主要的后台系统线程在Hotspot JVM里主要是以下几个：

虚拟机线程：这种线程的操作是需要JVM达到安全点才会出现。这些操作必须在不同的线程中发生的原因是他们都需要JVM达到安全点，这样堆才不会变化。
1. 安全点：垃圾回收章节提及
2. 这种线程的执行类型包括：”stop-the-world”的垃圾收集，线程栈收集，线程挂起以及偏向锁撤销
周期任务线程：这种线程是时间周期事件的体现（比如中断），他们一般用于周期性操作的调度执行
GC线程：这种线程对在JVM里不同种类的垃圾收集行为提供了支持。<后台线程>
编译线程：这种线程在运行时会将字节码编译成到本地代码
信号调度线程：这种线程接收信号并发送给JVM，在它内部通过调用适当的方法进行处理

程序计数器(PC寄存器)

PC寄存器介绍

官方文档网址：https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/index.html

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。
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；如果是在执行native方法，则是未指定值（undefned）。
1. native 关键字告诉编译器（其实是JVM）调用的是该方法在外部定义，这里指的是C。
2. Java的不足除了体现在运行速度上要比传统的C++慢许多之外，Java无法直接访问到操作系统底层（如系统硬件等)，为此Java使用native方法来扩展Java程序的功能。
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。
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。
它是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutofMemoryError（内存溢出）情况的区域。

PC寄存器的作用
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，并执行该指令。

举例
```java 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

看字节码的方法：https://blog.csdn.net/21aspnet/article/details/88351875

结果：

Classfile /F:/IDEAWorkSpaceSourceCode/JVMDemo/out/production/chapter04/com/atguigu/java/PCRegisterTest.class Last modified 2020-11-2; size 675 bytes MD5 checksum 53b3ef104479ec9e9b7ce5319e5881d3 Compiled from “PCRegisterTest.java” public class com.atguigu.java.PCRegisterTest minor version: 0 major version: 52 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER Constant pool:

1 = Methodref #6.#26 // java/lang/Object.”“:()V

2 = String #27 // abc

3 = Fieldref #28.#29 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

4 = Methodref #30.#31 // java/io/PrintStream.println:(I)V

5 = Class #32 // com/atguigu/java/PCRegisterTest

6 = Class #33 // java/lang/Object

7 = Utf8

8 = Utf8 ()V

9 = Utf8 Code

10 = Utf8 LineNumberTable

11 = Utf8 LocalVariableTable

12 = Utf8 this

13 = Utf8 Lcom/atguigu/java/PCRegisterTest;

14 = Utf8 main

15 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V

16 = Utf8 args

17 = Utf8 [Ljava/lang/String;

18 = Utf8 i

19 = Utf8 I

20 = Utf8 j

21 = Utf8 k

22 = Utf8 s

23 = Utf8 Ljava/lang/String;

24 = Utf8 SourceFile

25 = Utf8 PCRegisterTest.java

26 = NameAndType #7:#8 // ““:()V

27 = Utf8 abc

28 = Class #34 // java/lang/System

29 = NameAndType #35:#36 // out:Ljava/io/PrintStream;

30 = Class #37 // java/io/PrintStream

31 = NameAndType #38:#39 // println:(I)V

32 = Utf8 com/atguigu/java/PCRegisterTest

33 = Utf8 java/lang/Object

34 = Utf8 java/lang/System

35 = Utf8 out

36 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;

37 = Utf8 java/io/PrintStream

38 = Utf8 println

39 = Utf8 (I)V

{ public com.atguigu.java.PCRegisterTest(); descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=1, locals=1, args_size=1 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object.”“:()V 4: return LineNumberTable: line 7: 0 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature

        0       5     0  this   Lcom/atguigu/java/PCRegisterTest;

public static void main(java.lang.String[]); descriptor: ([Ljava/lang/String;)V flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=2, locals=5, args_size=1 0: bipush 10 //取数10 2: istore_1 //保存 3: bipush 20 5: istore_2 6: iload_1 7: iload_2 8: iadd 9: istore_3 10: ldc #2 // String abc 12: astore 4 14: getstatic #3 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 17: iload_1 18: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V 21: getstatic #3 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 24: iload_3 25: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V 28: return LineNumberTable: line 10: 0 line 11: 3 line 12: 6 line 14: 10 line 15: 14 line 16: 21 line 18: 28 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 29 0 args [Ljava/lang/String; 3 26 1 i I 6 23 2 j I 10 19 3 k I 14 15 4 s Ljava/lang/String; } SourceFile: “PCRegisterTest.java” ```

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
右边是操作指令，在学习虚拟机栈时再详细介绍
执行引擎会从PC寄存器中读取下一条指令的地址，继而进行操作

两个面试题

问题1：使用PC寄存器存储字节码指令地址有什么用呢？或者问为什么使用 PC 寄存器来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，PC寄存器就在此时起到记录将要执行的指令的地址，当切换回此线程时根据PC寄存器中保存的这个地址，CPU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

VMS : 虚拟机栈； NMS : 本地方法栈

问题 2：PC寄存器为什么被设定为线程私有的？

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。

问题 3：串行，并行和并发

串行和并行是一组，串行是一条流水线上前后执行，并行是多条流水线上同时执行
并发是由于时间片，CPU在各个线程间快速切换执行，多线程交替执行，看上去像并行其实不是

第3章-运行时数据区概述及线程

前言