Java虚拟机精讲

作品简介

HotSpot VM是目前市面上高性能JVM的代表作之一，它采用解释器+JIT编译器的混合执行引擎，使得Java程序的执行性能从此有了质的飞跃。本书以极其精练的语句诠释了HotSpot VM的方方面面，比如：字节码的编译原理、字节码的内部组成结构、通过源码的方式剖析HotSpot VM的启动过程和初始化过程、Java虚拟机的运行时内存、垃圾收集算法、垃圾收集器（重点讲解了Serial收集器、ParNew收集器、Parallel收集器、CMS（Concurrent-Mark-Sweep）收集器和G1（Garbage-First）收集器）、类加载机制，以及HotSpot VM基于栈的架构模型和执行引擎（解释器的工作流程、JIT编译器的工作流程、分层编译策略、热点探测功能）等技术。

如果你对JVM感兴趣，并且从未接触过JVM，那么本书将会是你探索JVM世界的必备入门工具。

本书适用于任何对Java虚拟机感兴趣的Java开发人员、系统架构师、Java虚拟机爱好者。尤其是对于那些从未接触过Java虚拟机的Java开发人员，本书笔者竭尽所能用最精练和直接的语句诠释了有关Java虚拟机的方方面面，只要你熟练掌握了Java编程基础，那么阅读本书你将不会感觉到任何的吃力和枯燥乏味。

高翔龙：曾任平安科技高级架构师，负责高并发即时通讯系统“天下通”的系统架构设计、架构优化、核心功能研发等工作。目前就职于一家互联网创业公司，担任系统架构师，负责企业内部Hadoop大数据平台的推广和实施、系统性能调优、对新员工技术培训等工作，对系统架构设计、大数据、Java虚拟机等技术领域有着浓厚的兴趣和丰富的实战经验。

作品目录

• 前言
• 创作此书的目的
• 本书所面向的读者
• 本书内容
• 参考文献
• 感谢
• 第1章　Java体系结构
• 1.1　认识Java
• 1.1.1　与生俱来的优点
• 1.1.2　语法结构和对象模型
• 1.1.3　历史版本追溯
• 1.2　Java重要概念
• 1.2.1　Java编程语言
• 1.2.2　字节码
• 1.2.3　Java API
• 1.2.4　Java虚拟机
• 1.3　安装与配置Java运行环境
• 1.3.1　Windows环境下的安装与配置
• 1.3.2　Linux环境下的安装与配置
• 1.3.3　编写Java程序
• 1.3.4　编译与运行
• 1.3.5　关键字与标示符
• 1.4　Java技术的新特性
• 1.4.1　Java模块化与OSGi技术
• 1.4.2　语言无关性
• 1.4.3　使用Fork/Join框架实现多核并行
• 1.4.4　丰富的语法特性
• 1.4.5　过渡到64位虚拟机
• 1.5　实战：玩转OpenJDK
• 1.5.1　JDK与OpenJDK的关系
• 1.5.2　基于OpenJDK深度定制的淘宝JVM（TaobaoVM）
• 1.5.3　下载OpenJDK源代码
• 1.5.4　构建编译环境
• 1.5.5　执行整个OpenJDK的编译
• 1.5.6　执行单独HotSpot的编译
• 1.5.7　导致编译失败的一些疑难杂症
• 1.项目依赖不完整
• 2.项目依赖版本问题
• 3.Linux内核版本过高
• 1.5.8　使用GDB工具Debug HotSpot
• 1.6　本章小结
• 第2章　字节码的编译原理
• 2.1　javac编译器简介
• 2.1.1　javac与Eclipse Compiler for Java编译器
• 2.1.2　javac的使用与标准选项配置
• 2.1.3　编译原理
• 2.1.4　下载javac编译器源码
• 2.1.5　调用compile（）方法执行编译
• 2.2　词法解析步骤
• 2.2.1　Token序列
• 2.2.2　源码字符集合与Token之间的对应关系
• 2.2.3　调用key（）方法获取指定Token
• 2.2.4　调用nextToken（）方法计算Token的获取规则
• 2.2.5　调用parseCompilationUnit（）方法执行词法解析
• 2.3　语法解析步骤
• 2.3.1　调用qualident（）方法解析package语法节点
• 2.3.2　调用importDeclaration（）方法解析import语法树
• 2.3.3　调用classDeclaration（）方法解析class语法树
• 2.4　语义解析步骤
• 2.5　生成字节码
• 2.6　实战：使用javap工具分析字节码
• 2.7　实战：使用GCJ编译器将Java源码直接编译为本地机器指令
• 2.8　本章小结
• 第3章　字节码文件
• 3.1　字节码文件的内部组成结构
• 3.2　符号引用
• 3.2.1　类或者接口的全限定名
• 3.2.2　简单名称
• 3.2.3　描述符
• 3.3　常量池
• 3.3.1　CONSTANT_Utf8_info常量项
• 3.3.2　CONSTANT_Integer_info常量项
• 3.3.3　CONSTANT_Float_info常量项
• 3.3.4　CONSTANT_Long_info常量项
• 3.3.5　CONSTANT_Double_info常量项
• 3.3.6　CONSTANT_Class_info常量项
• 3.3.7　CONSTANT_String_info常量项
• 3.3.8　CONSTANT_Fieldref_info常量项
• 3.3.9　CONSTANT_Methodref_info常量项
• 3.3.10　CONSTANT_InterfaceMethodref_info常量项
• 3.3.11　CONSTANT_NameAndType_info常量项
• 3.3.12　CONSTANT_MethodHandle_info常量项
• 3.3.13　CONSTANT_MethodType_info常量项
• 3.3.14　CONSTANT_InvokeDynamic_info常量项
• 3.4　字段表
• 3.5　方法表
• 3.6　属性表
• 3.6.1　Code属性
• 3.6.2　ConstantValue属性
• 3.6.3　Exceptions属性
• 3.6.4　LineNumberTable属性
• 3.6.5　SourceFile属性
• 3.6.6　LocalVariableTable属性
• 3.6.7　InnerClasses属性
• 3.6.8　BootstrapMethods属性
• 3.7　本章小结
• 第4章　剖析HotSpot的Launcher
• 4.1　HotSpot的源码目录结构
• 4.2　Launcher简介
• 4.3　跟踪Launcher的执行过程
• 4.3.1　使用Launcher启动JVM
• 4.3.2　启动函数main（）
• 4.3.3　在主线程中执行JavaMain（）函数
• 4.3.4　调用JNI_CreateJavaVM（）函数初始化HotSpot
• 4.3.5　调用LoadClass（）函数获取Java启动类
• 4.3.6　调用GetStaticMethodId（）函数获取Java启动方法
• 4.3.7　调用CallStaticVoidMethod（）函数执行Java启动方法
• 4.3.8　调用jni_DestroyJavaVM函数销毁HotSpot
• 4.4　实战：在Launcher中添加自定义函数模块
• 4.5　本章小结
• 第5章　剖析HotSpot的初始化过程
• 5.1　HotSpot的构成模块
• 5.2　Prims模块
• 5.2.1　JNI子模块
• 5.2.2　JVM子模块
• 5.2.3　JVMTI子模块
• 5.2.4　Perf子模块
• 5.3　Runtime模块
• 5.3.1　Thread子模块
• 5.3.2　调用create_vm（）函数完成HotSpot的最终初始化
• 5.4　跟踪HotSpot的初始化过程
• 5.4.1　调用init（）和init_2（）函数初始化os模块
• 5.4.2　调用vm_init_globals（）函数初始化全局数据结构
• 5.4.3　调用init_globals（）函数初始化全局模块
• 5.5　本章小结
• 第6章　内存分配与垃圾回收
• 6.1　JVM的运行时内存区结构
• 6.2　线程共享内存区
• 6.2.1　Java堆区
• 6.2.2　方法区
• 6.2.3　运行时常量池
• 6.3　线程私有内存区
• 6.3.1　PC寄存器
• 6.3.2　Java栈
• 6.3.3　本地方法栈
• 6.4　性能监控区
• 6.5　自动内存管理
• 6.5.1　内存分配原理
• 6.5.2　逃逸分析与栈上分配
• 6.5.3　对象内存布局与OOP-Klass模型
• 6.5.4　GC的作用
• 6.5.5　垃圾标记：根搜索算法
• 6.5.6　垃圾回收：分代收集算法
• 6.6　垃圾收集器
• 6.6.1　串行回收：Serial收集器
• 6.6.2　并行回收：ParNew收集器
• 6.6.3　程序吞吐量优先：Parallel收集器
• 6.6.4　低延迟：CMS（Concurrent-Mark-Sweep）收集器
• 6.6.5　区域化分代式：G1（Garbage-First）收集器
• 6.6.6　垃圾收集的相关选项配置
• 6.7　实战：GC日志分析
• 6.7.1　不同GC日志的展示形式
• 1.Serial/Serial Old收集器的日志形式：
• 2.ParNew收集器的日志形式：
• 3.Parallel/Parallel Old收集器的日志形式：
• 4.CMS收集器的日志形式：
• 5.G1收集器的日志形式：
• 6.7.2　使用GCHisto工具分析离线日志
• 6.8　实战：分析dump文件
• 6.8.1　使用jmap工具生成dump文件
• 6.8.2　使用MAT（Memory Analyzer Tool）工具分析dump文件
• 6.9　本章小结
• 第7章　类加载机制
• 7.1　类加载器
• 7.1.1　抽象类ClassLoader
• 7.1.2　双亲委派模型
• 7.1.3　自定义类加载器
• 7.1.4　定位ClassNotFoundException异常
• 7.1.5　定位NoClassDefFoundError异常
• 7.2　类的加载过程
• 7.2.1　加载字节码
• 7.2.2　验证阶段
• 7.2.3　准备阶段
• 7.2.4　解析阶段
• 7.2.5　初始化阶段
• 7.3　实战：字节码文件的加密与解密
• 7.4　本章小结
• 第8章　剖析HotSpot的架构模型与执行引擎
• 8.1　栈帧的组成结构
• 8.1.1　局部变量表
• 8.1.2　操作数栈
• 8.1.3　动态链接
• 8.1.4　方法返回值
• 8.2　HotSpot中执行引擎的架构模型
• 8.2.1　本地机器指令
• 8.2.2　寄存器架构与栈式架构之间的区别
• 8.2.3　基于栈式架构的设计
• 8.2.4　调用call_stub（）函数执行Java方法
• 8.2.5　栈顶缓存（Top-of-Stack Cashing）技术
• 8.2.6　实战：跟踪字节码解释器的执行步骤
• 8.3　解释器与JIT编译器
• 8.3.1　查阅HotSpot的运行时执行模式
• 8.3.2　解释器的工作机制与构成模块
• 8.3.3　JIT编译器的工作机制与构成模块
• 8.3.4　分层编译策略
• 8.3.5　热点探测功能
• 8.4　本章小结
• 附录A　Java7新增语法特性
• A.1　try-with-resources语句
• A.2　泛型的“<>”类型推断运算符
• A.3　声明二进制字面值
• A.4　字面值下画线支持
• A.5　switch表达式支持String类型
• A.6　mutil-catch特性
• A.7　NIO2.0文件系统的改变
• 附录B　指令助记符