深入理解Java虚拟机

作为一位Java程序员，你是否也曾经想深入理解Java虚拟机，但是却被它的复杂和深奥拒之门外？

作为一位Java程序员，你是否也曾经想深入理解Java虚拟机，但是却被它的复杂和深奥拒之门外？没关系，本书极尽化繁为简之妙，能带领你在轻松中领略Java虚拟机的奥秘。本书是近年来国内出版的唯一一本与Java虚拟机相关的专著，也是唯一一本同时从核心理论和实际运用这两个角度去探讨Java虚拟机的著作，不仅理论分析得透彻，而且书中包含的典型案例和最佳实践也极具现实指导意义。

全书共分为五大部分。第一部分从宏观的角度介绍了整个Java技术体系的过去、现在和未来，以及如何独立地编译一个OpenJDK7，这对理解后面的内容很有帮助。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；常见的虚拟机的监控与调试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Class的文件结构以及如何存储和访问Class中的数据；虚拟机的类创建机制以及类加载器的工作原理和它对虚拟机的意义；虚拟机字节码的执行引擎以及它在实行代码时涉及的内存结构。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。

本书适合所有Java程序员、系统调优师和系统架构师阅读。

作者简介  · · · · · ·
资深Java技术专家，对JavaEE企业级应用开发、OSGi、Java虚拟机和工作流等都有深入的研究，并在大量的实践中积累了丰富的经验。尤其精通Java虚拟机，撰写了大量与JVM相关的经典文章，被各大技术社区争相转载，是ITeye等技术社区公认的Java虚拟机方面的领袖人物之一。现任远光软件股份有限公司平台开发部经理兼平台架构师，先后参加与过国家电网、南方电网等多个国家级大型ERP项目的平台架构工作，对软件系统架构也有深刻的认识和体会。

目录  · · · · · ·
前 言
致 谢
第一部分 走近Java
第1章 走近Java / 2
1.1 概述 / 2
1.2 Java技术体系 / 3
1.3 Java发展史 / 5
1.4 展望Java技术的未来 / 9
1.4.1 模块化 / 9
1.4.2 混合语言 / 9
1.4.3 多核并行 / 11
1.4.4 进一步丰富语法 / 12
1.4.5 64位虚拟机 / 13
1.5 实战：自己编译JDK / 13
1.5.1 获取JDK源码 / 13
1.5.2 系统需求 / 14
1.5.3 构建编译环境 / 15
1.5.4 准备依赖项 / 17
1.5.5 进行编译 / 18
1.6 本章小结 / 21
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 / 24
2.1 概述 / 24
2.2 运行时数据区域 / 25
2.2.1 程序计数器 / 25
2.2.2 Java虚拟机栈 / 26
2.2.3 本地方法栈 / 27
2.2.4 Java堆 / 27
2.2.5 方法区 / 28
2.2.6 运行时常量池 / 29
2.2.7 直接内存 / 29
2.3 对象访问 / 30
2.4 实战：OutOfMemoryError异常 / 32
2.4.1 Java堆溢出 / 32
2.4.2 虚拟机栈和本地方法栈溢出 / 35
2.4.3 运行时常量池溢出 / 38
2.4.4 方法区溢出 / 39
2.4.5 本机直接内存溢出 / 41
2.5 本章小结 / 42
第3章 垃圾收集器与内存分配策略 / 43
3.1 概述 / 43
3.2 对象已死？ / 44
3.2.1 引用计数算法 / 44
3.2.2 根搜索算法 / 46
3.2.3 再谈引用 / 47
3.2.4 生存还是死亡？ / 48
3.2.5 回收方法区 / 50
3.3 垃圾收集算法 / 51
3.3.1 标记 -清除算法 / 51
3.3.2 复制算法 / 52
3.3.3 标记-整理算法 / 54
3.3.4 分代收集算法 / 54
3.4 垃圾收集器 / 55
3.4.1 Serial收集器 / 56
3.4.2 ParNew收集器 / 57
3.4.3 Parallel Scavenge收集器 / 59
3.4.4 Serial Old收集器 / 60
3.4.5 Parallel Old收集器 / 61
3.4.6 CMS收集器 / 61
3.4.7 G1收集器 / 64
3.4.8 垃圾收集器参数总结 / 64
3.5 内存分配与回收策略 / 65
3.5.1 对象优先在Eden分配 / 66
3.5.2 大对象直接进入老年代 / 68
3.5.3 长期存活的对象将进入老年代 / 69
3.5.4 动态对象年龄判定 / 71
3.5.5 空间分配担保 / 73
3.6 本章小结 / 75
第4章 虚拟机性能监控与故障处理工具 / 76
4.1 概述 / 76
4.2 JDK的命令行工具 / 76
4.2.1 jps：虚拟机进程状况工具 / 79
4.2.2 jstat：虚拟机统计信息监视工具 / 80
4.2.3 jinfo：Java配置信息工具 / 82
4.2.4 jmap：Java内存映像工具 / 82
4.2.5 jhat：虚拟机堆转储快照分析工具 / 84
4.2.6 jstack：Java堆栈跟踪工具 / 85
4.3 JDK的可视化工具 / 87
4.3.1 JConsole：Java监视与管理控制台 / 88
4.3.2 VisualVM：多合一故障处理工具 / 96
4.4 本章小结 / 105
第5章 调优案例分析与实战 / 106
5.1 概述 / 106
5.2 案例分析 / 106
5.2.1 高性能硬件上的程序部署策略 / 106
5.2.2 集群间同步导致的内存溢出 / 109
5.2.3 堆外内存导致的溢出错误 / 110
5.2.4 外部命令导致系统缓慢 / 112
5.2.5 服务器JVM进程崩溃 / 113
5.3 实战：Eclipse运行速度调优 / 114
5.3.1 调优前的程序运行状态 / 114
5.3.2 升级JDK 1.6的性能变化及兼容问题 / 117
5.3.3 编译时间和类加载时间的优化 / 122
5.3.4 调整内存设置控制垃圾收集频率 / 126
5.3.5 选择收集器降低延迟 / 130
5.4 本章小结 / 133
第三部分 虚拟机执行子系统
第6章 类文件结构 / 136
6.1 概述 / 136
6.2 无关性的基石 / 136
6.3 Class类文件的结构 / 138
6.3.1 魔数与Class文件的版本 / 139
6.3.2 常量池 / 141
6.3.3 访问标志 / 147
6.3.4 类索引、父类索引与接口索引集合 / 148
6.3.5 字段表集合 / 149
6.3.6 方法表集合 / 153
6.3.7 属性表集合 / 155
6.4 Class文件结构的发展 / 168
6.5 本章小结 / 170
第7章 虚拟机类加载机制 / 171
7.1 概述 / 171
7.2 类加载的时机 / 172
7.3 类加载的过程 / 176
7.3.1 加载 / 176
7.3.2 验证 / 178
7.3.3 准备 / 181
7.3.4 解析 / 182
7.3.5 初始化 / 186
7.4 类加载器 / 189
7.4.1 类与类加载器 / 189
7.4.2 双亲委派模型 / 191
7.4.3 破坏双亲委派模型 / 194
7.5 本章小结 / 197
第8章 虚拟机字节码执行引擎 / 198
8.1 概述 / 198
8.2 运行时栈帧结构 / 199
8.2.1 局部变量表 / 199
8.2.2 操作数栈 / 204
8.2.3 动态连接 / 206
8.2.4 方法返回地址 / 206
8.2.5 附加信息 / 207
8.3 方法调用 / 207
8.3.1 解析 / 207
8.3.2 分派 / 209
8.4 基于栈的字节码解释执行引擎 / 221
8.4.1 解释执行 / 221
8.4.2 基于栈的指令集与基于寄存器的指令集 / 223
8.4.3 基于栈的解释器执行过程 / 224
8.5 本章小结 / 230
第9章 类加载及执行子系统的案例与实战 / 231
9.1 概述 / 231
9.2 案例分析 / 231
9.2.1 Tomcat：正统的类加载器架构 / 232
9.2.2 OSGi：灵活的类加载器架构 / 235
9.2.3 字节码生成技术与动态代理的实现 / 238
9.2.4 Retrotranslator：跨越JDK版本 / 242
9.3 实战：自己动手实现远程执行功能 / 246
9.3.1 目标 / 246
9.3.2 思路 / 247
9.3.3 实现 / 248
9.3.4 验证 / 255
9.4 本章小结 / 256
第四部分 程序编译与代码优化
第10章 早期（编译期）优化 / 258
10.1 概述 / 258
10.2 Javac编译器 / 259
10.2.1 Javac的源码与调试 / 259
10.2.2 解析与填充符号表 / 262
10.2.3 注解处理器 / 264
10.2.4 语义分析与字节码生成 / 264
10.3 Java语法糖的味道 / 268
10.3.1 泛型与类型擦除 / 268
10.3.2 自动装箱、拆箱与遍历循环 / 273
10.3.3 条件编译 / 275
10.4 实战：插入式注解处理器 / 276
10.4.1 实战目标 / 276
10.4.2 代码实现 / 277
10.4.3 运行与测试 / 284
10.4.4 其他应用案例 / 286
10.5 本章小结 / 286
第11章 晚期（运行期）优化 / 287
11.1 概述 / 287
11.2 HotSpot虚拟机内的即时编译器 / 288
11.2.1 解释器与编译器 / 288
11.2.2 编译对象与触发条件 / 291
11.2.3 编译过程 / 294
11.2.4 查看与分析即时编译结果 / 297
11.3 编译优化技术 / 301
11.3.1 优化技术概览 / 301
11.3.2 公共子表达式消除 / 305
11.3.3 数组边界检查消除 / 307
11.3.4 方法内联 / 307
11.3.5 逃逸分析 / 309
11.4 Java与C/C++的编译器对比 / 311
11.5 本章小结 / 313
第五部分 高效并发
第12章 Java内存模型与线程 / 316
12.1 概述 / 316
12.2 硬件的效率与一致性 / 317
12.3 Java内存模型 / 318
12.3.1 主内存与工作内存 / 319
12.3.2 内存间交互操作 / 320
12.3.3 对于volatile型变量的特殊规则 / 322
12.3.4 对于long和double型变量的特殊规则 / 327
12.3.5 原子性、可见性与有序性 / 328
12.3.6 先行发生原则 / 330
12.4 Java与线程 / 333
12.4.1 线程的实现 / 333
12.4.2 Java线程调度 / 337
12.4.3 状态转换 / 339
12.5 本章小结 / 341
第13章 线程安全与锁优化 / 342
13.1 概述 / 342
13.2 线程安全 / 343
13.2.1 Java语言中的线程安全 / 343
13.2.2 线程安全的实现方法 / 348
13.3 锁优化 / 356
13.3.1 自旋锁与自适应自旋 / 356
13.3.2 锁消除 / 357
13.3.3 锁粗化 / 358
13.3.4 轻量级锁 / 358
13.3.5 偏向锁 / 361
13.4 本章小结 / 362
附录A Java虚拟机家族 / 363
附录B 虚拟机字节码指令表 / 366
附录C HotSpot虚拟机主要参数表 / 372
附录D 对象查询语言（OQL）简介 / 376
附录E JDK历史版本轨迹 / 383