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深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践 第

文章作者:计算机教程 上传时间:2019-08-02

《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践》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。

前言

本书适合所有Java程序员、系统调优师和系统架构师阅读。 

威尼斯wns.9778官网活动,第一部分 走近Java

威尼斯wns.9778官网活动 1

第1章 走近Java

目录:

1.1 概述

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

1.2 Java技术体系

深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践 第2版 高清PDF下载

1.3 Java发展史

百度网盘免费下载地址:http://pan.baidu.com/s/1jGxaP74

1.4 Java虚拟机发展史

源码 PDF见下面的连接

1.4.1 Sun Classic Exact VM

------------------------------------------分割线------------------------------------------

1.4.2 Sun HotSpot VM

FTP地址:ftp://ftp1.linuxidc.com

1.4.3 Sun Mobile-Embedded VM Meta-Circular VM

用户名:ftp1.linuxidc.com

1.4.4 BEA JRockit IBM J9 VM

密码:www.linuxidc.com

1.4.5 Azul VM BEA Liquid VM

在 2014年LinuxIDC.com9月深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践 第2版 高清PDF 源码

1.4.6 Apache Harmony Google Android Dalvik VM

下载方法见 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-10/91140.htm

1.4.7 Microsoft JVM及其他

------------------------------------------分割线------------------------------------------

1.5 展望Java技术的未来

本文永久更新链��地址http://www.linuxidc.com/Linux/2014-09/106869.htm

1.5.1 模块化

威尼斯wns.9778官网活动 2

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

  • 线程共享:
    • 堆(Heap):OutOfMemoryError
    • 方法区(Method Area):OutOfMemoryError
  • 线程私有:
    • 程序计数器(Program Counter Register):唯一没有规定OutOfMemoryError的区域
    • 虚拟机栈(VM Stack,java方法): OutOfMemoryError, StackOverflowError
    • 本地方法栈(Native Method Stack,本地方法):OutOfMemoryError,StackOverflowError

OutOfMemoryError(内存泄漏):虚拟机可以动态扩展,如果扩展是无法申请到足够的内存时;
StackOverflowError(栈溢出):线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度时;

2.2.1 程序计数器

程序计数器(Program Counter Register):是一块很小的内存空间,可以看作是当前线程做执行的字节码行号指示器
字节码指示器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令(分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都是依赖于这个计数器来完成的。)。
Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的,在确定的时刻,一个处理器都只会处理的一个线程中的指令。
因此,为了线程切换后能够恢复到正确的执行位置,每条线程都需要有一个独立的程序计数器,互不影响,独立存储,这类的内存区域称为“线程私有”的内存。

2.2.2 Java虚拟机栈

Java虚拟机栈也是线程私有的,生命周期与线程相同。
描述的是Java方法执行的内存模型

  • 每个方法在执行时都会创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表操作数栈动态链接方法出口 等信息。
  • 每一个方法从调用直至完成的过程,就对应一个栈帧在虚拟机栈中的入栈到出栈的过程。

2.2.3 本地方法栈

与Java虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,区别在于:

虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,
而,本地方法栈则为:虚拟机所用到的Native方法服务。

2.2.4 Java堆

所有线程共享的一块内存区域。唯一目的就是:存放对象实例
Java堆是垃圾回收器管理的主要区域,又称“GC堆”:(Garbage Collected Heap);

  • 内存回收角度:
    • 分代回收算法
    • 粗分:新生代、老年代
    • 细分:Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等你。
  • 内存分配角度:线程共享的Java堆可能划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)

2.2.5 方法区

字节码中方法表;
方法区是线程共享的,用于存储已被虚拟机加载的类信息常量静态变量即时编译器编译后的代码的数据。
HotSpot虚拟机的GC分代收集器扩展至当方法区,使用永久代来实现方法区——所以又称为“永久代”(Premanent Generation)。这个区域的内存回收目标主要是:针对常量池的回收和对类型的卸载。

方法区虽然称为 非堆 ,但实际在内存之中,也是一种特殊的

堆是专门用来存放对象的,而方法区(一种特殊的堆)是用来 存在描述方法信息对象

方法区存放着类的运行时数据:

  1. 静态变量(静态域)
  2. 静态方法
  3. 常量池
  4. 类的代码

<-
存放着对象:

  • java.lang.class:代表着方法区的类(java中万物皆对象:Class也是对象。)

<-
main方法的栈帧:

2.2.6 运行时常量池

运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息就是常量池(Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

2.2.7 直接内存

直接内存(Direct Memory)并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。

NIO类,引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)的I/O方式,可以使用Native函数库来直接分配堆外内存,然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。显著提高性能,因为避免了Java堆和Native堆中来回复制数据。

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

使用魔数来进行身份识别,值为:0xCAFFBABE(咖啡宝贝)。虚拟机也必须拒绝执行超过其版本号的Class文件。

6.3.2 常量池

常量池可以理解为Class文件之中的资源仓库。

它是Class文件结构中也其他项目关联最多的数据类型; 它也是占用Class文件空间最大的数据项目之一; 同时它还是在Class文件中第一个出现表类型数据项目。

常量池主要存放两大类常亮:字面量(Literal)和符号引用(Symbolic Reference)。

  • 字面量:比较接近于Java语言层面的常量概念,如文本字符串、声明为final的常量值;
  • 符号引用:属于编译原理方面的概念,包括下面三类常量:
  • [ ] 类和接口的全限定名
  • [ ] 字段的名称和描述符
  • [ ] 方法的名称和描述符

字段和方法的符号引用,在运行期转换为真正的内存入口地址。虚拟机运行时,需要从常量池获得对应的符号引用,再在类创建时或运行时解析、翻译到具体的内存地址之中。

6.3.3 访问标志

常量池之后,就是访问标志(access_flags),这个标志用于识别一下类或者接口层次的访问信息,包括:

  • 这个Class是类还是接口;
  • 是否定义为public类型;
  • 是否定义为abstract类型;
  • 如果是类的话,是否被声明为final等。

6.3.4 类索引、父类索引与接口索引集合

类索引和父索引是一个u2类型的数据(一个类是只能有一个父类。);而接口索引集合是一组u2类型的数据的集合(Java的多继承就是通过接口来实现,一个类可以实现多个接口。)。入口的第一项数据为:接口计数器。这三项数据确定继承关系:类、父类、接口。
类索引、父索引->类或接口的符号引用->具体的UTF-8编码的字符串(常量中的全限定名字符串)。

6.3.5 字段表集合

字段表:用于描述接口或者类中声明的变量。字段包括类级变量以及实例级变量,但不包括在方法内部声明的局部变量。可以包括的信息有:

  • 字段的作用域(public、private、protect修饰符)
  • 是实例变量还是类变量(static修饰符)
  • 可变性(final)
  • 并发可见性(volatile修饰符,是否强制从主内存读写)
  • 是否被序列化(transient修饰符)
  • 字段数据类型(基本类型、对象、数组)
  • 字段名称

各个修饰符都是布尔值,是用标志位来表示。
而字段叫什么名字、字段被定义为什么数据类型,这些都是无法固定的,只能引用常量池中的常量来描述。(具体变量的数据类型,引用常量池中的常量)

6.3.6 方法表集合

6.3.7 属性表集合

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