深入理解Java虚拟机的目录

Posted 2023-05-05

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

参考技术A 第一章
主要介绍java概述，干货不多看原文。
第二部分 ：自动内存管理机制
第二章：java内存区域与内存溢出异常
运行时数据区
虚拟机对象探秘
内存溢出异常分析
第三章 垃圾收集器与内存分配策略
垃圾回收算法
内存分配与回收策略
第四章 虚拟机性能监控与故障处理工具
jstat
jmap
MAT
这块原书作者列举还有Jconsle等，我没整理全。
第五章 调优案例分析 ：这章还是看书吧。
第三部分 虚拟机执行子系统
第六章 类文件结构
第七章虚拟机类加载机制
第八章 虚拟机字节码执行引擎
第九章 类加载及执行子系统案例与实战：参看原书
第四部分 程序编译与代码优化
第10章 早期（编译器）优化
第11章 晚期（运行期）优化，待补充
第五部分 高效并发
此部分认为原书写的偏简单，打算独立出来整理。 参考技术B 第一章
主要介绍java概述，干货不多看原文。
第二部分 ：自动内存管理机制
第二章：java内存区域与内存溢出异常
运行时数据区
虚拟机对象探秘
内存溢出异常分析
第三章 垃圾收集器与内存分配策略
垃圾回收算法
内存分配与回收策略
第四章 虚拟机性能监控与故障处理工具
jstat
jmap
MAT
这块原书作者列举还有Jconsle等，我没整理全。
第五章 调优案例分析 ：这章还是看书吧。
第三部分 虚拟机执行子系统
第六章 类文件结构
第七章虚拟机类加载机制
第八章 虚拟机字节码执行引擎
第九章 类加载及执行子系统案例与实战：参看原书
第四部分 程序编译与代码优化
第10章 早期(编译器)优化
第11章 晚期(运行期)优化，待补充
第五部分 高效并发

深入理解JVM（③）虚拟机的类加载时机

前言

Java虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这个过程被称为虚拟机的类加载机制。

类加载的时机

一个类型从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载除内存为止，它的生命周期将会经历加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和 卸载（Unloading）、七个阶段，其中验证、准备、解析三个部分统称为连接（Linking）。
类的生命周期如下图：

其实加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段的顺序是确定的，类型的加载过程必须按照这种顺序按部就班地开始，而解析阶段则不一定：它在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持Java语音的运行时绑定特性（也称为动态绑定或晚期绑定）。
在什么情况下需要开始类加载过程的第一个阶段“加载”，《Java虚拟机规则》中并没有进行强制约束，但是对于初始化阶段《Java虚拟机规范》则是严格规定了有且只有以下六种情况必须立即对类进行“初始化”。

1. 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令时，如果类型没有进行过初始化，则需要先触发其初始化阶段。
   涉及到这四条指令的典型场景有：

• 使用new关键字实例化对的时候。
• 读取或设置一个类型的静态字段（被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）的时候。
• 调用一个类型的静态方法的时候。

2. 使用 java.lang.reflect 包的方法对类型进行反射调用的时候，如果类型没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
3. 当初始化类型的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。
4. 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含main()方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。
5. 当使用JDK7新加入的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果为REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic、REF_newInvokeSpecial四种类型的方法句柄，并且这个方法句柄对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
6. 当一个接口中定义了JDK8新加入的默认方法（被default关键字修饰的接口方法）时，如果这个接口的实现类发生了初始化，那该接口要在其之前被初始化。
   除了以上的这个六种场景外，所有引用类型的方式都不会触发初始化，称为被动引用。
   下面来看一下哪些是被动引用：

例子??1：

父类

package com.jimoer.classloading;

/**
 * @author jimoer
 * @date Create in 2020/06/24 16:08
 * @description 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化。
 */
public class FatherClass {

    static {
        System.out.println("FatherClass init!!!!!");
    }

    public static int value = 666;

}

子类

package com.jimoer.classloading;

public class SonClass extends FatherClass{

    static {
        System.out.println("SonClass init!!!");
    }

}

测试类

@Test
public void testInitClass(){
    System.out.println(SonClass.value);
}

运行结果：

FatherClass init!!!!!
666

通过运行结果我们看到，只输出了“FatherClass init!!!!!”，并没有输出“SubClass init!!!”，这是因为对于使用静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化，因此通过子类来引用父类中定义的静态字段，并不会初始化子类。

例子??2：

/**
 * 通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化
 */
@Test
public void testInitClass2(){
    FatherClass[] fathers = new FatherClass[5];
}

运行结果：未打印任何信息。
通过运行结果我们发现，并没有打印出 FatherClass init!!!!! ，这说明并没有触发Father类的初始化阶段。但是这段代码里面触发了另一个名为“[Lcom.jimoer.classloading.FatherClass”的类的初始化阶段，它是一个由虚拟机自动生成的、直接继承与java.lang.Object的子类，创建动作由字节码newarray触发。这个类代表了一个元素类型为FatherClass的一维数组，数组中应用的属性和方法（length属性和clone()方法）都实现在这个类里。

例子??3：

/**
 * @author jimoer
 * 常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，
 * 本质上没有直接引用到定义常量的类，
 * 因此不会触发定义常量的类的初始化。
 */
public class ConstantClass {
    
    static {
        System.out.println("ConstantClass init !!!");
    }
    
    public static final String CLASS_LOAD = "class load test !!!";
    
}

使用

/**
 * 使用常量
 */
@Test
public void testInitClass3(){
    System.out.println(ConstantClass.CLASS_LOAD);
}

运行结果：

class load test !!!

通过运行结果，我们看到当在使用一个类的常量时，并不会初始化定义了常量的类。这是因为虽然在Java源码中确实引用了ConstatClass的类的常量CLASS_LOAD，但其实在编译阶段通过常量传播优化，已经将此常量的值“class load test !!!”直接存储在使用常量的类中的常量池中了，所以在使用ConstantClass.CLASS_LOAD时候，实际上都被转化为在使用类自身的常量池的引用了。

接口也是有初始化过程的，上面的代码都是用静态语句块“static {}”来输出初始化信息的，而接口中不能使用static{}语句块，但编译器仍然会为接口生成“()”类构造器，用于初始化接口中所定义的成员变量。
还有一点接口与类不同，当一个类在初始化时，要求其父类全部都已经初始化过了，但是在一个接口初始化时，并不要求其父接口全部都完成了初始化，只有在真正使用到父接口的时候（例如引用接口中的常量）才会初始化。