Java Virtual Machine (JVM) の Runtime Data Area 構成要素の一つに「PCレジスタ」があります。（JVM - 全体構造をご参考ください。）
JVM仕様のPCレジスタ定義
The Java Virtual Machine Specification (Java SE 8 Edition)は次のようにPCレジスタを定義しています。
JVMは、一度に多くのスレッドを実行することができます。JVMの各スレッドは、独自のPCレジスタを持ちます。どの時点でも、各JVMスレッドは、単一のメソッドのコード、すなわち、そのスレッドの現在のメソッドを実行しています。そのメソッドがネイティブでない場合、PCレジスタには現在実行中のJVM命令のアドレスが格納されます。スレッドによって現在実行されているメソッドがネイティブである場合、JVMのPCレジスタの値はundefinedとなります。JVMのPCレジスタは、特定のプラットフォームでreturnAddressまたはネイティブ・ポインタを保持するのに十分な幅があります。
The Java Virtual Machine can support many threads of execution at once (JLS §17). Each Java Virtual Machine thread has its own pc (program counter) register. At any point, each Java Virtual Machine thread is executing the code of a single method, namely the current method (§2.6) for that thread. If that method is not native, the pc register contains the address of the Java Virtual Machine instruction currently being executed. If the method currently being executed by the thread is native, the value of the Java Virtual Machine's pc register is undefined. The Java Virtual Machine's pc register is wide enough to hold a returnAddress or a native pointer on the specific platform.
PCレジスタとは
PCレジスタは、現在実行中のJVM命令のアドレスを保持するJVMのコンポーネントです。
PCレジスタは、Javaのマルチスレッド環境において非常に重要な役割を果たします。各スレッドには独自のPCレジスタがあり、それぞれが現在実行中のバイトコード命令の位置を追跡します。これにより、スレッドは独立して実行を進めることができ、コンテキストスイッチが発生しても、正確に前回の実行ポイントに戻ることが可能になります。
PCレジスタには、GCも、OOMもありません。
PCレジスタの働き
JVMがJavaプログラムを実行する際、PCレジスタは次に実行すべきJavaバイトコードの正確な位置を指し示します。
プログラムが命令を実行すると、PCレジスタは次の命令の場所に更新されます。もし現在実行中の命令がメソッド呼び出しなら、そのメソッドの最初の命令を指すようにPCレジスタは更新されます。そして、メソッドが終了すると、PCレジスタは呼び出し元の次の命令に戻ります。
PCレジスタの重要性
PCレジスタはJVMの実行エンジンにおける基本的な要素であり、プログラムの正確なフローと制御構造を維持するのに不可欠です。また、例外発生時には、PCレジスタが示す位置から例外ハンドラの場所にジャンプすることで、適切な例外処理が可能になります。
PCレジスタはプログラムの正確な実行とエラーハンドリングの両方において中心的な役割を果たします。
最後に
PCレジスタは、JVMがJavaプログラムを効率的に、かつ正確に実行するために欠かせないコンポーネントです。マルチスレッド環境におけるその役割は特に重要であり、各スレッドが独立して作業を進められる基盤を提供します。開発者としては、PCレジスタを直接操作することはありませんが、JavaプログラミングとJVMの動作原理を深く理解する上で、その働きを知っておくことは非常に有益です。