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Java是一门非常流行的程序语言,但是,Java程序到底是如何运行的?如何写出更高效的Java代码……?这些令人困扰的问题,都可以从《揭秘Java虚拟机:JVM设计原理与实现》中找到答案。
随着互联网的极速发展,现在的Java服务端应用需要应对极高的并发访问和大量的数据交互,如果能深入地理解Java虚拟机的核心原理和实现细节,不仅可以帮助程序员自如地应对变化莫测的各类状况,也可以帮助程序员写出优秀高效的代码。
《揭秘Java虚拟机:JVM设计原理与实现》正是这样一部修炼Java内功的武学秘笈。它不仅详细阐述了JVM的设计思路与原理,让读者能够深刻理解JVM的运行机制,而且更进一步地分析了JVM在发展过程中每一次技术选择的必然性——这样的分析让读者得以跨越时空,在思想上与前辈大师们产生共鸣,实现精神上的交流,真正领悟JVM的精髓。
更为难得的是,看似艰深莫测的“大道理”,却被作者用晓畅明白、幽默有趣的文字层层化解了:《揭秘Java虚拟机:JVM设计原理与实现》在阅读体验上毫无枯燥之感,相反,却能让你在“顿悟”的当下,会心而笑,不忍释卷!
不必犹豫,无须比较,就是它——《揭秘Java虚拟机:JVM设计原理与实现》!
第1 章 Java 虚拟机概述 1
1.1 从机器语言到Java——詹爷,你好 1
1.2 兼容的选择:一场生产力的革命 6
1.3 中间语言翻译 10
1.3.1 从中间语言翻译到机器码 11
1.3.2 通过C 程序翻译 11
1.3.3 直接翻译为机器码 13
1.3.4 本地编译 16
1.4 神奇的指令 18
1.4.1 常见汇编指令 20
1.4.2 JVM 指令 21
1.5 本章总结 24
第2 章 Java 执行引擎工作原理:方法调用 25
2.1 方法调用 26
2.1.1 真实的机器调用 26
2.1.2 C 语言函数调用 41
2.2 JVM 的函数调用机制 47
2.3 函数指针 53
2.4 CallStub 函数指针定义 60
2.5 _call_stub_entry 例程 72
2.6 本章总结 114
第3 章 Java 数据结构与面向对象 115
3.1 从Java 算法到数据结构 116
3.2 数据类型简史 120
3.3 Java 数据结构之偶然性 127
3.4 Java 类型识别 130
3.4.1 class 字节码概述 131
3.4.2 魔数与JVM 内部的int 类型 134
3.4.3 常量池与JVM 内部对象模型 135
3.5 大端与小端 141
3.5.1 大端和小端的概念 144
3.5.2 大小端产生的本质原因 146
3.5.3 大小端验证 147
3.5.4 大端和小端产生的场景 149
3.5.5 如何解决字节序反转 152
3.5.6 大小端问题的避免 154
3.5.7 JVM 对字节码文件的大小端处理 154
3.6 本章总结 157
第4 章 Java 字节码实战 158
4.1 字节码格式初探 158
4.1.1 准备测试用例 159
4.1.2 使用javap 命令分析字节码文件 159
4.1.3 查看字节码二进制 162
4.2 魔数与版本 163
4.2.1 魔数 165
4.2.2 版本号 165
4.3 常量池 166
4.3.1 常量池的基本结构 166
4.3.2 JVM 所定义的11 种常量 167
4.3.3 常量池元素的复合结构 167
4.3.4 常量池的结束位置 169
4.3.5 常量池元素总数量 169
4.3.6 d一个常量池元素 170
4.3.7 第二个常量池元素 171
4.3.8 父类常量 171
4.3.9 变量型常量池元素 172
4.4 访问标识与继承信息 174
4.4.1 access_flags 174
4.4.2 this_class 175
4.4.3 super_class 176
4.4.4 interface 177
4.5 字段信息 177
4.5.1 fields_count 177
4.5.2 field_info fields[fields_count] 178
4.6 方法信息 182
4.6.1 methods_count 182
4.6.2 method_info methods[methods_count] 183
4.7 本章回顾 203
第5 章 常量池解析 204
5.1 常量池内存分配 206
5.1.1 常量池内存分配总体链路 207
5.1.2 内存分配 212
5.1.3 初始化内存 221
5.2 oop-klass 模型 222
5.2.1 两模型三维度 223
5.2.2 体系总览 224
5.2.3 oop 体系 226
5.2.4 klass 体系 229
5.2.5 handle 体系 232
5.2.6 oop、klass、handle 的相互转换 237
5.3 常量池klass 模型(1) 242
5.3.1 klassKlass 实例构建总链路 244
5.3.2 为klassOop 申请内存 248
5.3.3 klassOop 内存清零 251
5.3.4 初始化mark 251
5.3.5 初始化klassOop._metadata 256
5.3.6 初始化klass 257
5.3.7 自指 258
5.4 常量池klass 模型(2) 258
5.4.1 constantPoolKlass 模型构建 258
5.4.2 constantPoolOop 与klass 261
5.4.3 klassKlass 终结符 264
5.5 常量池解析 264
5.5.1 constantPoolOop 域初始化 264
5.5.2 初始化tag 266
5.5.3 解析常量池元素 267
5.6 本章总结 276
第6 章 类变量解析 277
6.1 类变量解析 278
6.2 偏移量 282
6.2.1 静态变量偏移量 282
6.2.2 非静态变量偏移量 284
6.2.3 Java 字段内存分配总结 309
6.3 从源码看字段继承 315
6.3.1 字段重排与补白 316
6.3.2 private 字段可被继承吗 322
6.3.3 使用HSDB 验证字段分配与继承 325
6.3.4 引用类型变量内存分配 333
6.4 本章总结 338
第7 章 Java 栈帧 340
7.1 entry_point 例程生成 341
7.2 局部变量表创建 349
7.2.1 constMethod 的内存布局 349
7.2.2 局部变量表空间计算 352
7.2.3 初始化局部变量区 355
7.3 堆栈与栈帧 364
7.3.1 栈帧是什么 364
7.3.2 硬件对堆栈的支持 383
7.3.3 栈帧开辟与回收 386
7.3.4 堆栈大小与多线程 388
7.4 JVM 的栈帧 392
7.4.1 JVM 栈帧与大小确定 392
7.4.2 栈帧创建 396
7.4.3 局部变量表 418
7.5 栈帧深度与slot 复用 430
7.6 小大操作数栈与操作栈复用 433
7.7 本章总结 436
第8 章 类方法解析 437
8.1 方法签名解析与校验 442
8.2 方法属性解析 444
8.2.1 code 属性解析 444
8.2.2 LVT&LVTT; 446
8.3 创建methodOop 452
8.4 Java 方法属性复制 456
8.5 与 458
8.6 查看运行时字节码指令 479
8.7 vtable 486
8.7.1 多态 486
8.7.2 C++中的多态与vtable 488
8.7.3 Java 中的多态实现机制 490
8.7.4 vtable 与invokevirtual 指令 497
8.7.5 HSDB 查看运行时vtable 499
8.7.6 miranda 方法 502
8.7.7 vtable 特点总结 505
8.7.8 vtable 机制逻辑验证 506
8.8 本章总结 508
第9 章 执行引擎 510
9.1 执行引擎概述 511
9.2 取指 513
9.2.1 指令长度 516
9.2.2 JVM 的两级取指机制 524
9.2.3 取指指令放在哪 529
9.2.4 程序计数器在哪里 531
9.3 译码 532
9.3.1 模板表 532
9.3.2 汇编器 538
9.3.3 汇编 546
9.4 栈顶缓存 555
9.5 栈式指令集 563
9.6 操作数栈在哪里 574
9.7 栈帧重叠 578
9.8 entry_point 例程机器指令 583
9.9 执行引擎实战 585
9.9.1 一个简单的例子 585
9.9.2 字节码运行过程分析 587
9.10 字节码指令实现 594
9.10.1 iconst_3 594
9.10.2 istore_0 596
9.10.3 iadd 597
9.11 本章总结 598
第10 章 类的生命周期 599
10.1 类的生命周期概述 599
10.2 类加载 602
10.2.1 类加载——镜像类与静态字段 609
10.2.2 Java 主类加载机制 614
10.2.3 类加载器的加载机制 620
10.2.4 反射加载机制 621
10.2.5 import 与new 指令 622
10.3 类的初始化 623
10.4 类加载器 626
10.4.1 类加载器的定义. 626
10.4.2 系统类加载器与扩展类加载器创建 632
10.4.3 双亲委派机制与破坏 634
10.4.4 预加载 636
10.4.5 引导类加载 638
10.4.6 加载、链接与延迟加载 639
10.4.7 父加载器 643
10.4.8 加载器与类型转换 646
10.5 类实例分配 647
10.5.1 栈上分配与逃逸分析 650
10.5.2 TLAB 654
10.5.3 指针碰撞与eden 区分配 655
10.5.4 清零 656
10.5.5 偏向锁 657
10.5.6 压栈与取指 658
10.6 本章总结 660
推荐序
从Java诞生至今已有二十余年,基于虚拟机的技术屏蔽了底层环境的差异,一次编译,随处运行的思想促进了整个IT上层技术应用产生了翻天覆地的变化。Java作为服务端应用语言的首选,确实降低了很多学习和应用门槛。现实生活中,绝大多数Java程序员对于虚拟机的原理和实现了解并不深入,也似乎并不那么关心。而随着互联网的极速发展,现在的Java服务端应用需要应对极高的并发访问和大量的数据交互,从机制和设计原理上了解虚拟机的核心原理和实现细节显然能够帮助Java程序员编写出更高效优质的代码。
虽然市面上从Java使用者角度介绍虚拟机的书也有不少佳作,但一般较为宽泛,尤其在谈及虚拟机如何运行、处理的细节时总有些浅尝辄止的遗憾。而作者凭借深厚的C与Java技术功底以及多年对于JVM的深入研究编写的这本书,真正从虚拟机指令执行处理层面,结合JVM规范的设计原理,完整和详尽地阐述了Java虚拟机在处理类、方法和代码时的设计和实现细节。书中大量的代码和指令细节能够让程序员更加直接地理解相关原理。
这是一本优秀的技术工具书,可以让阅读者更加深刻地理解虚拟机的原理和处理细节,值得每一位具有极客精神、追求细节的优秀程序员反复阅读和收藏。
《揭秘Java虚拟机:JVM设计原理与实现》这本书,我断断续续地看了好几个月了。说实话,一开始我抱着一种“了解一下JVM长什么样”的心态,毕竟平时写Java代码,大部分时候都只是调用API,对底层的运行机制并没有太多深入的思考。但随着阅读的深入,我开始意识到,这门技术远远比我想象的要复杂和精妙。书里对JVM的内存模型、垃圾回收机制、类加载过程等等都进行了非常详尽的阐述。尤其是在讲解垃圾回收算法的部分,作者并没有简单罗列几种算法,而是深入分析了它们各自的优缺点、适用场景,甚至还提到了在不同JDK版本中的具体实现差异和演进。这一点让我觉得非常受用,因为我之前也遇到过一些内存泄漏的问题,但总是找不到根源,现在回想起来,很多问题可能就藏在那些我忽略的JVM细节里。另外,书中关于类加载的讲解也颠覆了我一些固有的认知,比如类加载的三个阶段(加载、链接、初始化)以及双亲委派模型,这些概念的清晰理解,对于编写一些需要自定义类加载器的框架或者在特定场景下解决类加载冲突非常有帮助。总的来说,这本书给我的感觉就是“干货满满”,但同时也需要读者投入相当多的时间和精力去消化,毕竟JVM涉及的知识点实在太广太深了。
评分我是一名Java后端开发工程师,工作几年下来,总感觉自己对JVM的理解停留在“会用”的层面,而没有达到“懂”的境界。市面上关于JVM的书籍不少,但真正能让我感到眼前一亮的并不多。直到我翻开了这本《揭秘Java虚拟机:JVM设计原理与实现》。这本书的视角非常独特,它不仅仅是枯燥的原理堆砌,而是更多地从“设计”的角度去剖析JVM的方方面面。例如,在讲述HotSpot虚拟机中的一些核心组件时,作者会追溯到这些组件的设计初衷,它们是为了解决什么样的问题而被创造出来的,以及在不断迭代中是如何优化的。这让我在理解这些技术细节时,能够上升到更高的维度,不仅仅是记住“是什么”,更能理解“为什么”。书中的图文并茂,各种流程图和内存示意图都画得非常清晰,极大地降低了理解的难度。我特别喜欢关于JIT(Just-In-Time)编译的章节,之前我一直认为JVM就是解释执行,但了解了JIT编译后,才明白Java代码的性能提升背后有着多么精密的优化策略。对于我这种需要持续提升代码性能的开发者来说,这本书提供了非常宝贵的思路和方法。
评分坦白讲,我之前对JVM的了解基本上是零基础,甚至连GC(垃圾回收)是什么都不是很清楚。抱着一种“想彻底搞懂Java运行机制”的决心,我选择了这本《揭秘Java虚拟机:JVM设计原理与实现》。这本书的内容确实非常深入,从最基础的Java内存区域划分,到字节码指令集,再到各种高级的优化技术,几乎涵盖了JVM的所有核心知识点。虽然有些章节读起来有些吃力,需要反复推敲,但作者的逻辑性很强,循序渐进,一点点地引导读者进入JVM的微观世界。我印象最深的是关于JVM的调优部分,书中列举了许多实际案例,以及如何通过各种工具(如jstat, jmap, jstack等)来诊断和解决常见的性能问题。这对于我这种在实际工作中经常会遇到性能瓶颈的开发者来说,简直是雪中送炭。通过这本书,我不仅理解了JVM的工作原理,更学会了如何去分析和优化它,这对我日后的开发工作有非常大的帮助。
评分这是一本写给想要深入理解Java运行机制的读者的书。我之前读过一些关于Java的书,但对JVM的部分总是浅尝辄止,感觉只是了解了一些表面现象。直到我开始研读《揭秘Java虚拟机:JVM设计原理与实现》,我才真正体会到JVM的博大精深。书中的内容非常系统,从JVM的架构设计到各个子系统的实现细节,都进行了详细的介绍。作者在讲解过程中,经常会将理论知识与实际的JVM实现相结合,比如在讲解堆内存的分配策略时,会引用HotSpot虚拟机的一些具体实现代码片段,这让我对抽象的概念有了更直观的认识。我特别赞赏书中对于并发内存模型和线程模型方面的深入探讨,这部分内容对于理解Java的多线程编程至关重要,也帮助我解开了许多之前在并发场景下遇到的困惑。总而言之,这本书的价值远超其价格,它是我在JVM学习道路上的一座重要里程碑。
评分我是一名对计算机底层技术充满好奇心的程序员,一直想深入了解Java虚拟机这个神秘的黑匣子。在朋友的推荐下,我开始阅读《揭秘Java虚拟机:JVM设计原理与实现》。这本书以一种非常接地气的方式,把复杂的JVM原理展现在我面前。作者的语言风格很流畅,即使是一些晦涩的技术概念,也能被解释得清晰易懂。我尤其喜欢书中对JVM性能优化的一些讲解,比如如何通过调整JVM参数来提升程序运行效率,以及如何利用profiling工具来定位性能瓶颈。这些实用的技巧,让我在实际工作中能够游刃有余地处理一些性能难题。此外,书中还提到了JVM的安全机制,例如沙箱模型和字节码校验,这些都让我对Java这门语言的健壮性有了更深的认识。总的来说,这本书不仅是一本技术手册,更是一本能激发读者求知欲的引导者,让我对Java虚拟机产生了更加浓厚的兴趣。
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