深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践（第2版）pdf

深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践（第2版） 作者：周志明

深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践（第2版） 出版社：机械工业出版社

深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践（第2版） 内容简介

全书共分为五大部分，围绕内存管理、执行子系统、程序编译与优化、高效并发等核心主题对JVM进行了全面而深入的分析，深刻揭示了JVM的工作原理。第一部分从宏观的角度介绍了整个Java技术体系、Java和JVM的发展历程、模块化，以及JDK的编译，这对理解本书后面内容有重要帮助。第二部分讲解了JVM的自动内存管理，包括虚拟机内存区域的划分原理以及各种内存溢出异常产生的原因；常见的垃圾收集算法以及垃圾收集器的特点和工作原理；常见虚拟机监控与故障处理工具的原理和使用方法。第三部分分析了虚拟机的执行子系统，包括类文件结构、虚拟机类加载机制、虚拟机字节码执行引擎。第四部分讲解了程序的编译与代码的优化，阐述了泛型、自动装箱拆箱、条件编译等语法糖的原理；讲解了虚拟机的热点探测方法、HotSpot的即时编译器、编译触发条件，以及如何从虚拟机外部观察和分析JIT编译的数据和结果；第五部分探讨了Java实现高效并发的原理，包括JVM内存模型的结构和操作；原子性、可见性和有序性在Java内存模型中的体现；先行发生原则的规则和使用；线程在Java语言中的实现原理；虚拟机实现高效并发所做的一系列锁优化措施。

深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践（第2版） 目录

前言

第一部分　走近Java

第1章　走近Java

1.1　概述

1.2　Java技术体系

1.3　Java发展史

1.4　Java虚拟机发展史

1.4.1　Sun Classic Exact VM

1.4.2　Sun HotSpot VM

1.4.3　Sun Mobile-Embedded VM Meta-Circular VM

1.4.4　BEA JRockit IBM J9 VM

1.4.5　Azul VM BEA Liquid VM

1.4.6　Apache Harmony Google Android Dalvik VM

1.4.7　Microsoft JVM及其他

1.5　展望Java技术的未来

1.5.1　模块化

1.5.2　混合语言

1.5.3　多核并行

1.5.4　进一步丰富语法

1.5.5　64位虚拟机

1.6　实战：自己编译JDK

1.6.1　获取JDK源码

1.6.2　系统需求

1.6.3　构建编译环境

1.6.4　进行编译

1.6.5　在IDE工具中进行源码调试

1.7　本章小结

第二部分　自动内存管理机制

第2章　Java内存区域与内存溢出异常

2.1　概述

2.2　运行时数据区域

2.2.1　程序计数器

2.2.2　Java虚拟机栈

2.2.3　本地方法栈

2.2.4　Java堆

2.2.5　方法区

2.2.6　运行时常量池

2.2.7　直接内存

2.3　HotSpot虚拟机对象探秘

2.3.1　对象的创建

2.3.2　对象的内存布局

2.3.3　对象的访问定位

2.4　实战：OutOfMemoryError异常

2.4.1　Java堆溢出

2.4.2　虚拟机栈和本地方法栈溢出

2.4.3　方法区和运行时常量池溢出

2.4.4　本机直接内存溢出

2.5　本章小结

第3章　垃圾收集器与内存分配策略

3.1　概述

3.2　对象已死吗

3.2.1　引用计数算法

3.2.2　可达性分析算法

3.2.3　再谈引用

3.2.4　生存还是死亡

3.2.5　回收方法区

3.3　垃圾收集算法

3.3.1　标记-清除算法

3.3.2　复制算法

3.3.3　标记-整理算法

3.3.4　分代收集算法

3.4　HotSpot的算法实现

3.4.1　枚举根节点

3.4.2　安全点

3.4.3　安全区域

3.5　垃圾收集器

3.5.1　Serial收集器

3.5.2　ParNew收集器

3.5.3　Parallel Scavenge收集器

3.5.4　Serial Old收集器

3.5.5　Parallel Old收集器

3.5.6　CMS收集器

3.5.7　G1收集器

3.5.8　理解GC日志

3.5.9　垃圾收集器参数总结

3.6　内存分配与回收策略

3.6.1　对象优先在Eden分配

3.6.2　大对象直接进入老年代

3.6.3　长期存活的对象将进入老年代

3.6.4　动态对象年龄判定

3.6.5　空间分配担保

3.7　本章小结

第4章　虚拟机性能监控与故障处理工具

4.1　概述

4.2　JDK的命令行工具

4.2.1　jps：虚拟机进程状况工具

4.2.2　jstat：虚拟机统计信息监视工具

4.2.3　jinfo：Java配置信息工具

4.2.4　jmap：Java内存映像工具

4.2.5　jhat：虚拟机堆转储快照分析工具

4.2.6　jstack：Java堆栈跟踪工具

4.2.7　HSDIS：JIT生成代码反汇编

4.3　JDK的可视化工具

4.3.1　JConsole：Java监视与管理控制台

4.3.2　VisualVM：多合一故障处理工具

4.4　本章小结

第5章　调优案例分析与实战

5.1　概述

5.2　案例分析

5.2.1　高性能硬件上的程序部署策略

5.2.2　集群间同步导致的内存溢出

5.2.3　堆外内存导致的溢出错误

5.2.4　外部命令导致系统缓慢

5.2.5　服务器JVM进程崩溃

5.2.6　不恰当数据结构导致内存占用过大

5.2.7　由Windows虚拟内存导致的长时间停顿

5.3　实战：Eclipse运行速度调优

5.3.1　调优前的程序运行状态

5.3.2　升级JDK 1.6的性能变化及兼容问题

5.3.3　编译时间和类加载时间的优化

5.3.4　调整内存设置控制垃圾收集频率

5.3.5　选择收集器降低延迟

5.4　本章小结

第三部分　虚拟机执行子系统

第6章　类文件结构

6.1　概述

6.2　无关性的基石

6.3　Class类文件的结构

6.3.1　魔数与Class文件的版本

6.3.2　常量池

6.3.3　访问标志

6.3.4　类索引、父类索引与接口索引集合

6.3.5　字段表集合

6.3.6　方法表集合

6.3.7　属性表集合

6.4　字节码指令简介

6.4.1　字节码与数据类型

6.4.2　加载和存储指令

6.4.3　运算指令

6.4.4　类型转换指令

6.4.5　对象创建与访问指令

6.4.6　操作数栈管理指令

6.4.7　控制转移指令

6.4.8　方法调用和返回指令

6.4.9　异常处理指令

6.4.10　同步指令

6.5　公有设计和私有实现

6.6　Class文件结构的发展

6.7　本章小结

第7章　虚拟机类加载机制

7.1　概述

7.2　类加载的时机

7.3　类加载的过程

7.3.1　加载

7.3.2　验证

7.3.3　准备

7.3.4　解析

7.3.5　初始化

7.4　类加载器

7.4.1　类与类加载器

7.4.2　双亲委派模型

7.4.3　破坏双亲委派模型

7.5　本章小结

第8章　虚拟机字节码执行引擎

8.1　概述

8.2　运行时栈帧结构

8.2.1　局部变量表

8.2.2　操作数栈

8.2.3　动态连接

8.2.4　方法返回地址

8.2.5　附加信息

8.3　方法调用

8.3.1　解析

8.3.2　分派

8.3.3　动态类型语言支持

8.4　基于栈的字节码解释执行引擎

8.4.1　解释执行

8.4.2　基于栈的指令集与基于寄存器的指令集

8.4.3　基于栈的解释器执行过程

8.5　本章小结

第9章　类加载及执行子系统的案例与实战

9.1　概述

9.2　案例分析

9.2.1　Tomcat：正统的类加载器架构

9.2.2　OSGi：灵活的类加载器架构

9.2.3　字节码生成技术与动态代理的实现

9.2.4　Retrotranslator：跨越JDK版本

9.3　实战：自己动手实现远程执行功能

9.3.1　目标

9.3.2　思路

9.3.3　实现

9.3.4　验证

9.4　本章小结

第四部分　程序编译与代码优化

第10章　早期（编译期）优化

10.1　概述

10.2　Javac编译器

10.2.1　Javac的源码与调试

10.2.2　解析与填充符号表

10.2.3　注解处理器

10.2.4　语义分析与字节码生成

10.3　Java语法糖的味道

10.3.1　泛型与类型擦除

10.3.2　自动装箱、拆箱与遍历循环

10.3.3　条件编译

10.4　实战：插入式注解处理器

10.4.1　实战目标

10.4.2　代码实现

10.4.3　运行与测试

10.4.4　其他应用案例

10.5　本章小结

第11章　晚期（运行期）优化

11.1　概述

11.2　HotSpot虚拟机内的即时编译器

11.2.1　解释器与编译器

11.2.2　编译对象与触发条件

11.2.3　编译过程

11.2.4　查看及分析即时编译结果

11.3　编译优化技术

11.3.1　优化技术概览

11.3.2　公共子表达式消除

11.3.3　数组边界检查消除

11.3.4　方法内联

11.3.5　逃逸分析

11.4　Java与CC 的编译器对比

11.5　本章小结

第五部分　高效并发

第12章　Java内存模型与线程

12.1　概述

12.2　硬件的效率与一致性

12.3　Java内存模型

12.3.1　主内存与工作内存

12.3.2　内存间交互操作

12.3.3　对于volatile型变量的特殊规则

12.3.4　对于long和double型变量的特殊规则

12.3.5　原子性、可见性与有序性

12.3.6　先行发生原则

12.4　Java与线程

12.4.1　线程的实现

12.4.2　Java线程调度

12.4.3　状态转换

12.5　本章小结

第13章　线程安全与锁优化

13.1　概述

13.2　线程安全

13.2.1　Java语言中的线程安全

13.2.2　线程安全的实现方法

13.3　锁优化

13.3.1　自旋锁与自适应自旋

13.3.2　锁消除

13.3.3　锁粗化

13.3.4　轻量级锁

13.3.5　偏向锁

13.4　本章小结

附　　录

附录A　编译Windows版的OpenJDK

附录B　虚拟机字节码指令表

附录C　HotSpot虚拟机主要参数表

附录D　对象查询语言（OQL）简介

附录E　JDK历史版本轨迹

深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践（第2版） 精彩文摘

1.4.2 Sun HotSpot VM

提起HotSpot VM，相信所有Java程序员都知道，它是Sun JDK和OpenJDK中所带的虚拟机，也是目前使用范围最广的Java虚拟机。但不一定所有人都知道的是，这个目前看起来“血统纯正”的虚拟机在最初并非由Sun公司开发，而是由一家名为“LongviewTechnologies”的小公司设计的；甚至这个虚拟机最初并非是为Java语言而开发的，它来源于Strongtalk VM，而这款虚拟机中相当多的技术又是来源于一款支持Self语言实现“达到C语言50％以上的执行效率”的目标而设计的虚拟机，Sun公司注意到了这款虚拟机在JIT编译上有许多优秀的理念和实际效果，在1997年收购了Longview Technologies公司，从而获得了HotSpot VM。

HotSpot VM既继承了Sun之前两款商用虚拟机的优点（如前面提到的准确式内存管理），也有许多自己新的技术优势，如它名称中的HotSpot指的就是它的热点代码探测技术（其实两个VM基本上是同时期的独立产品，HotSpot还稍早一些，HotSpot一开始就是准确式GC，而Exact VM之中也有与HotSpot几乎一样的热点探测。为了Exact VM和HotSpotVM哪个成为Sun主要支持的VM产品，在Sun公司内部还有过争论，HotSpot打败Exact并不能算技术上的胜利），HotSpot VM的热点代码探测能力可以通过执行计数器找出最具有编译价值的代码，然后通知JIT编译器以方法为单位进行编译。如果一个方法被频繁调用，或方法中有效循环次数很多，将会分别触发标准编译和0SR（栈上替换）编译动作。通过编译器与解释器恰当地协同工作，可以在最优化的程序响应时间与最佳执行性能中取得平衡，而且无须等待本地代码输出才能执行程序，即时编译的时间压力也相对减小，这样有助于引入更多的代码优化技术，输出质量更高的本地代码。

在2006年的JavaOne大会上，Sun公司宣布最终会把Java开源，并在随后的一年，陆续将JDK的各个部分（其中当然也包括了HotSpot VM）在GPL协议下公开了源码。