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Java是一門非常流行的程序語言,但是,Java程序到底是如何運行的?如何寫齣更高效的Java代碼……?這些令人睏擾的問題,都可以從《揭秘Java虛擬機:JVM設計原理與實現》中找到答案。
隨著互聯網的極速發展,現在的Java服務端應用需要應對極高的並發訪問和大量的數據交互,如果能深入地理解Java虛擬機的核心原理和實現細節,不僅可以幫助程序員自如地應對變化莫測的各類狀況,也可以幫助程序員寫齣優秀高效的代碼。
《揭秘Java虛擬機:JVM設計原理與實現》正是這樣一部修煉Java內功的武學秘笈。它不僅詳細闡述瞭JVM的設計思路與原理,讓讀者能夠深刻理解JVM的運行機製,而且更進一步地分析瞭JVM在發展過程中每一次技術選擇的必然性——這樣的分析讓讀者得以跨越時空,在思想上與前輩大師們産生共鳴,實現精神上的交流,真正領悟JVM的精髓。
更為難得的是,看似艱深莫測的“大道理”,卻被作者用曉暢明白、幽默有趣的文字層層化解瞭:《揭秘Java虛擬機:JVM設計原理與實現》在閱讀體驗上毫無枯燥之感,相反,卻能讓你在“頓悟”的當下,會心而笑,不忍釋捲!
不必猶豫,無須比較,就是它——《揭秘Java虛擬機:JVM設計原理與實現》!
第1 章 Java 虛擬機概述 1
1.1 從機器語言到Java——詹爺,你好 1
1.2 兼容的選擇:一場生産力的革命 6
1.3 中間語言翻譯 10
1.3.1 從中間語言翻譯到機器碼 11
1.3.2 通過C 程序翻譯 11
1.3.3 直接翻譯為機器碼 13
1.3.4 本地編譯 16
1.4 神奇的指令 18
1.4.1 常見匯編指令 20
1.4.2 JVM 指令 21
1.5 本章總結 24
第2 章 Java 執行引擎工作原理:方法調用 25
2.1 方法調用 26
2.1.1 真實的機器調用 26
2.1.2 C 語言函數調用 41
2.2 JVM 的函數調用機製 47
2.3 函數指針 53
2.4 CallStub 函數指針定義 60
2.5 _call_stub_entry 例程 72
2.6 本章總結 114
第3 章 Java 數據結構與麵嚮對象 115
3.1 從Java 算法到數據結構 116
3.2 數據類型簡史 120
3.3 Java 數據結構之偶然性 127
3.4 Java 類型識彆 130
3.4.1 class 字節碼概述 131
3.4.2 魔數與JVM 內部的int 類型 134
3.4.3 常量池與JVM 內部對象模型 135
3.5 大端與小端 141
3.5.1 大端和小端的概念 144
3.5.2 大小端産生的本質原因 146
3.5.3 大小端驗證 147
3.5.4 大端和小端産生的場景 149
3.5.5 如何解決字節序反轉 152
3.5.6 大小端問題的避免 154
3.5.7 JVM 對字節碼文件的大小端處理 154
3.6 本章總結 157
第4 章 Java 字節碼實戰 158
4.1 字節碼格式初探 158
4.1.1 準備測試用例 159
4.1.2 使用javap 命令分析字節碼文件 159
4.1.3 查看字節碼二進製 162
4.2 魔數與版本 163
4.2.1 魔數 165
4.2.2 版本號 165
4.3 常量池 166
4.3.1 常量池的基本結構 166
4.3.2 JVM 所定義的11 種常量 167
4.3.3 常量池元素的復閤結構 167
4.3.4 常量池的結束位置 169
4.3.5 常量池元素總數量 169
4.3.6 d一個常量池元素 170
4.3.7 第二個常量池元素 171
4.3.8 父類常量 171
4.3.9 變量型常量池元素 172
4.4 訪問標識與繼承信息 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 本章迴顧 203
第5 章 常量池解析 204
5.1 常量池內存分配 206
5.1.1 常量池內存分配總體鏈路 207
5.1.2 內存分配 212
5.1.3 初始化內存 221
5.2 oop-klass 模型 222
5.2.1 兩模型三維度 223
5.2.2 體係總覽 224
5.2.3 oop 體係 226
5.2.4 klass 體係 229
5.2.5 handle 體係 232
5.2.6 oop、klass、handle 的相互轉換 237
5.3 常量池klass 模型(1) 242
5.3.1 klassKlass 實例構建總鏈路 244
5.3.2 為klassOop 申請內存 248
5.3.3 klassOop 內存清零 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 模型構建 258
5.4.2 constantPoolOop 與klass 261
5.4.3 klassKlass 終結符 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 本章總結 276
第6 章 類變量解析 277
6.1 類變量解析 278
6.2 偏移量 282
6.2.1 靜態變量偏移量 282
6.2.2 非靜態變量偏移量 284
6.2.3 Java 字段內存分配總結 309
6.3 從源碼看字段繼承 315
6.3.1 字段重排與補白 316
6.3.2 private 字段可被繼承嗎 322
6.3.3 使用HSDB 驗證字段分配與繼承 325
6.3.4 引用類型變量內存分配 333
6.4 本章總結 338
第7 章 Java 棧幀 340
7.1 entry_point 例程生成 341
7.2 局部變量錶創建 349
7.2.1 constMethod 的內存布局 349
7.2.2 局部變量錶空間計算 352
7.2.3 初始化局部變量區 355
7.3 堆棧與棧幀 364
7.3.1 棧幀是什麼 364
7.3.2 硬件對堆棧的支持 383
7.3.3 棧幀開闢與迴收 386
7.3.4 堆棧大小與多綫程 388
7.4 JVM 的棧幀 392
7.4.1 JVM 棧幀與大小確定 392
7.4.2 棧幀創建 396
7.4.3 局部變量錶 418
7.5 棧幀深度與slot 復用 430
7.6 小大操作數棧與操作棧復用 433
7.7 本章總結 436
第8 章 類方法解析 437
8.1 方法簽名解析與校驗 442
8.2 方法屬性解析 444
8.2.1 code 屬性解析 444
8.2.2 LVT&LVTT; 446
8.3 創建methodOop 452
8.4 Java 方法屬性復製 456
8.5 與 458
8.6 查看運行時字節碼指令 479
8.7 vtable 486
8.7.1 多態 486
8.7.2 C++中的多態與vtable 488
8.7.3 Java 中的多態實現機製 490
8.7.4 vtable 與invokevirtual 指令 497
8.7.5 HSDB 查看運行時vtable 499
8.7.6 miranda 方法 502
8.7.7 vtable 特點總結 505
8.7.8 vtable 機製邏輯驗證 506
8.8 本章總結 508
第9 章 執行引擎 510
9.1 執行引擎概述 511
9.2 取指 513
9.2.1 指令長度 516
9.2.2 JVM 的兩級取指機製 524
9.2.3 取指指令放在哪 529
9.2.4 程序計數器在哪裏 531
9.3 譯碼 532
9.3.1 模闆錶 532
9.3.2 匯編器 538
9.3.3 匯編 546
9.4 棧頂緩存 555
9.5 棧式指令集 563
9.6 操作數棧在哪裏 574
9.7 棧幀重疊 578
9.8 entry_point 例程機器指令 583
9.9 執行引擎實戰 585
9.9.1 一個簡單的例子 585
9.9.2 字節碼運行過程分析 587
9.10 字節碼指令實現 594
9.10.1 iconst_3 594
9.10.2 istore_0 596
9.10.3 iadd 597
9.11 本章總結 598
第10 章 類的生命周期 599
10.1 類的生命周期概述 599
10.2 類加載 602
10.2.1 類加載——鏡像類與靜態字段 609
10.2.2 Java 主類加載機製 614
10.2.3 類加載器的加載機製 620
10.2.4 反射加載機製 621
10.2.5 import 與new 指令 622
10.3 類的初始化 623
10.4 類加載器 626
10.4.1 類加載器的定義. 626
10.4.2 係統類加載器與擴展類加載器創建 632
10.4.3 雙親委派機製與破壞 634
10.4.4 預加載 636
10.4.5 引導類加載 638
10.4.6 加載、鏈接與延遲加載 639
10.4.7 父加載器 643
10.4.8 加載器與類型轉換 646
10.5 類實例分配 647
10.5.1 棧上分配與逃逸分析 650
10.5.2 TLAB 654
10.5.3 指針碰撞與eden 區分配 655
10.5.4 清零 656
10.5.5 偏嚮鎖 657
10.5.6 壓棧與取指 658
10.6 本章總結 660
推薦序
從Java誕生至今已有二十餘年,基於虛擬機的技術屏蔽瞭底層環境的差異,一次編譯,隨處運行的思想促進瞭整個IT上層技術應用産生瞭翻天覆地的變化。Java作為服務端應用語言的首選,確實降低瞭很多學習和應用門檻。現實生活中,絕大多數Java程序員對於虛擬機的原理和實現瞭解並不深入,也似乎並不那麼關心。而隨著互聯網的極速發展,現在的Java服務端應用需要應對極高的並發訪問和大量的數據交互,從機製和設計原理上瞭解虛擬機的核心原理和實現細節顯然能夠幫助Java程序員編寫齣更高效優質的代碼。
雖然市麵上從Java使用者角度介紹虛擬機的書也有不少佳作,但一般較為寬泛,尤其在談及虛擬機如何運行、處理的細節時總有些淺嘗輒止的遺憾。而作者憑藉深厚的C與Java技術功底以及多年對於JVM的深入研究編寫的這本書,真正從虛擬機指令執行處理層麵,結閤JVM規範的設計原理,完整和詳盡地闡述瞭Java虛擬機在處理類、方法和代碼時的設計和實現細節。書中大量的代碼和指令細節能夠讓程序員更加直接地理解相關原理。
這是一本優秀的技術工具書,可以讓閱讀者更加深刻地理解虛擬機的原理和處理細節,值得每一位具有極客精神、追求細節的優秀程序員反復閱讀和收藏。
坦白講,我之前對JVM的瞭解基本上是零基礎,甚至連GC(垃圾迴收)是什麼都不是很清楚。抱著一種“想徹底搞懂Java運行機製”的決心,我選擇瞭這本《揭秘Java虛擬機:JVM設計原理與實現》。這本書的內容確實非常深入,從最基礎的Java內存區域劃分,到字節碼指令集,再到各種高級的優化技術,幾乎涵蓋瞭JVM的所有核心知識點。雖然有些章節讀起來有些吃力,需要反復推敲,但作者的邏輯性很強,循序漸進,一點點地引導讀者進入JVM的微觀世界。我印象最深的是關於JVM的調優部分,書中列舉瞭許多實際案例,以及如何通過各種工具(如jstat, jmap, jstack等)來診斷和解決常見的性能問題。這對於我這種在實際工作中經常會遇到性能瓶頸的開發者來說,簡直是雪中送炭。通過這本書,我不僅理解瞭JVM的工作原理,更學會瞭如何去分析和優化它,這對我日後的開發工作有非常大的幫助。
評分《揭秘Java虛擬機:JVM設計原理與實現》這本書,我斷斷續續地看瞭好幾個月瞭。說實話,一開始我抱著一種“瞭解一下JVM長什麼樣”的心態,畢竟平時寫Java代碼,大部分時候都隻是調用API,對底層的運行機製並沒有太多深入的思考。但隨著閱讀的深入,我開始意識到,這門技術遠遠比我想象的要復雜和精妙。書裏對JVM的內存模型、垃圾迴收機製、類加載過程等等都進行瞭非常詳盡的闡述。尤其是在講解垃圾迴收算法的部分,作者並沒有簡單羅列幾種算法,而是深入分析瞭它們各自的優缺點、適用場景,甚至還提到瞭在不同JDK版本中的具體實現差異和演進。這一點讓我覺得非常受用,因為我之前也遇到過一些內存泄漏的問題,但總是找不到根源,現在迴想起來,很多問題可能就藏在那些我忽略的JVM細節裏。另外,書中關於類加載的講解也顛覆瞭我一些固有的認知,比如類加載的三個階段(加載、鏈接、初始化)以及雙親委派模型,這些概念的清晰理解,對於編寫一些需要自定義類加載器的框架或者在特定場景下解決類加載衝突非常有幫助。總的來說,這本書給我的感覺就是“乾貨滿滿”,但同時也需要讀者投入相當多的時間和精力去消化,畢竟JVM涉及的知識點實在太廣太深瞭。
評分我是一名對計算機底層技術充滿好奇心的程序員,一直想深入瞭解Java虛擬機這個神秘的黑匣子。在朋友的推薦下,我開始閱讀《揭秘Java虛擬機:JVM設計原理與實現》。這本書以一種非常接地氣的方式,把復雜的JVM原理展現在我麵前。作者的語言風格很流暢,即使是一些晦澀的技術概念,也能被解釋得清晰易懂。我尤其喜歡書中對JVM性能優化的一些講解,比如如何通過調整JVM參數來提升程序運行效率,以及如何利用profiling工具來定位性能瓶頸。這些實用的技巧,讓我在實際工作中能夠遊刃有餘地處理一些性能難題。此外,書中還提到瞭JVM的安全機製,例如沙箱模型和字節碼校驗,這些都讓我對Java這門語言的健壯性有瞭更深的認識。總的來說,這本書不僅是一本技術手冊,更是一本能激發讀者求知欲的引導者,讓我對Java虛擬機産生瞭更加濃厚的興趣。
評分我是一名Java後端開發工程師,工作幾年下來,總感覺自己對JVM的理解停留在“會用”的層麵,而沒有達到“懂”的境界。市麵上關於JVM的書籍不少,但真正能讓我感到眼前一亮的並不多。直到我翻開瞭這本《揭秘Java虛擬機:JVM設計原理與實現》。這本書的視角非常獨特,它不僅僅是枯燥的原理堆砌,而是更多地從“設計”的角度去剖析JVM的方方麵麵。例如,在講述HotSpot虛擬機中的一些核心組件時,作者會追溯到這些組件的設計初衷,它們是為瞭解決什麼樣的問題而被創造齣來的,以及在不斷迭代中是如何優化的。這讓我在理解這些技術細節時,能夠上升到更高的維度,不僅僅是記住“是什麼”,更能理解“為什麼”。書中的圖文並茂,各種流程圖和內存示意圖都畫得非常清晰,極大地降低瞭理解的難度。我特彆喜歡關於JIT(Just-In-Time)編譯的章節,之前我一直認為JVM就是解釋執行,但瞭解瞭JIT編譯後,纔明白Java代碼的性能提升背後有著多麼精密的優化策略。對於我這種需要持續提升代碼性能的開發者來說,這本書提供瞭非常寶貴的思路和方法。
評分這是一本寫給想要深入理解Java運行機製的讀者的書。我之前讀過一些關於Java的書,但對JVM的部分總是淺嘗輒止,感覺隻是瞭解瞭一些錶麵現象。直到我開始研讀《揭秘Java虛擬機:JVM設計原理與實現》,我纔真正體會到JVM的博大精深。書中的內容非常係統,從JVM的架構設計到各個子係統的實現細節,都進行瞭詳細的介紹。作者在講解過程中,經常會將理論知識與實際的JVM實現相結閤,比如在講解堆內存的分配策略時,會引用HotSpot虛擬機的一些具體實現代碼片段,這讓我對抽象的概念有瞭更直觀的認識。我特彆贊賞書中對於並發內存模型和綫程模型方麵的深入探討,這部分內容對於理解Java的多綫程編程至關重要,也幫助我解開瞭許多之前在並發場景下遇到的睏惑。總而言之,這本書的價值遠超其價格,它是我在JVM學習道路上的一座重要裏程碑。
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