深入理解Java虛擬機：JVM高級特性與最佳實踐（第3版）

前言
致謝

【第一部分　走近Java】
第1章　走近Java 2
1.1　概述 2
1.2　Java技術體系 3
1.3　Java發展史 4
1.4　Java虛擬機器家族 12
1.4.1　虛擬機器始祖：Sun Classic/Exact VM 12
1.4.2　武林盟主：HotSpot VM 13
1.4.3　小家碧玉：Mobile/Embedded VM 14
1.4.4　天下第二：BEA JRockit/IBM J9 VM 15
1.4.5　軟硬合璧：BEA Liquid VM/Azul VM 16
1.4.6　挑戰者：Apache Harmony/Google Android Dalvik VM 17
1.4.7　沒有成功，但並非失敗：Microsoft JVM及其他 18
1.4.8　百家爭鳴 19
1.5　展望Java技術的未來 21
1.5.1　無語言傾向 21
1.5.2　新一代即時編譯器 23
1.5.3　向Native邁進 24
1.5.4　靈活的胖子 26
1.5.5　語言語法持續增強 27
1.6　實戰：自己編譯JDK 29
1.6.1　獲取源碼 29
1.6.2　系統需求 31
1.6.3　構建編譯環境 33
1.6.4　進行編譯 34
1.6.5　在IDE工具中進行源碼調試 36
1.7　本章小結 39
 
【第二部分　自動記憶體管理】
第2章　Java記憶體區域與記憶體溢出異常 42
2.1　概述 42
2.2　運行時資料區域 42
2.2.1　程式計數器 43
2.2.2　Java虛擬機器棧 43
2.2.3　本地方法棧 44
2.2.4　Java堆 44
2.2.5　方法區 46
2.2.6　運行時常量池 47
2.2.7　直接記憶體 47
2.3　HotSpot虛擬機器對象探秘 48
2.3.1　對象的創建 48
2.3.2　物件的記憶體佈局 51
2.3.3　對象的訪問定位 52
2.4　實戰：OutOfMemoryError異常 53
2.4.1　Java堆溢出 54
2.4.2　虛擬機器棧和本地方法棧溢出 56
2.4.3　方法區和運行時常量池溢出 61
2.4.4　本機直接記憶體溢出 65
2.5　本章小結 66

第3章　垃圾收集器與記憶體分配策略 67
3.1　概述 67
3.2　對象已死？ 68
3.2.1　引用計數演算法 68
3.2.2　可達性分析演算法 70
3.2.3　再談引用 71
3.2.4　生存還是死亡？ 72
3.2.5　回收方法區 74
3.3　垃圾收集演算法 75
3.3.1　分代收集理論 75
3.3.2　標記-清除演算法 77
3.3.3　標記-複製演算法 78
3.3.4　標記-整理演算法 79
3.4　HotSpot的演算法細節實現 81
3.4.1　根節點枚舉 81
3.4.2　安全點 82
3.4.3　安全區域 83
3.4.4　記憶集與卡表 84
3.4.5　寫屏障 85
3.4.6　併發的可達性分析 87
3.5　經典垃圾收集器 89
3.5.1　Serial收集器 90
3.5.2　ParNew收集器 92
3.5.3　Parallel Scavenge收集器 93
3.5.4　Serial Old收集器 94
3.5.5　Parallel Old收集器 95
3.5.6　CMS收集器 96
3.5.7　Garbage First收集器 98
3.6　低延遲垃圾收集器 104
3.6.1　Shenandoah收集器 105
3.6.2　ZGC收集器 112
3.7　選擇合適的垃圾收集器 121
3.7.1　Epsilon收集器 121
3.7.2　收集器的權衡 121
3.7.3　虛擬機器及垃圾收集器日誌 122
3.7.4　垃圾收集器參數總結 127
3.8　實戰：記憶體分配與回收策略 129
3.8.1　對象優先在Eden分配 130
3.8.2　大物件直接進入老年代 131
3.8.3　長期存活的物件將進入老年代 132
3.8.4　動態物件年齡判定 134
3.8.5　空間分配擔保 135
3.9　本章小結 137

第4章　虛擬機器性能監控-故障處理工具 138
4.1　概述 138
4.2　基礎故障處理工具 138
4.2.1　jps：虛擬機器進程狀況工具 141
4.2.2　jstat：虛擬機器統計資訊監視工具 142
4.2.3　jinfo：Java配置資訊工具 143
4.2.4　jmap：Java記憶體映射工具 144
4.2.5　jhat：虛擬機器堆轉儲快照分析工具 145
4.2.6　jstack：Java堆疊跟蹤工具 146
4.2.7　基礎工具總結 148
4.3　視覺化故障處理工具 151
4.3.1　JHSDB：基於服務性代理的調試工具 152
4.3.2　JConsole：Java監視與管理主控台 157
4.3.3　VisualVM：多合-故障處理工具 164
4.3.4　Java Mission Control：可持續線上的監控工具 171
4.4　HotSpot虛擬機器外掛程式及工具 175
4.5　本章小結 180

第5章　調優案例分析與實戰 181
5.1　概述 181
5.2　案例分析 181
5.2.1　大記憶體硬體上的程式部署策略 182
5.2.2　集群間同步導致的記憶體溢出 184
5.2.3　堆外記憶體導致的溢出錯誤 185
5.2.4　外部命令導致系統緩慢 187
5.2.5　伺服器虛擬機器進程崩潰 187
5.2.6　不恰當資料結構導致記憶體佔用過大 188
5.2.7　由Windows虛擬記憶體導致的長時間停頓 189
5.2.8　由安全點導致長時間停頓 190
5.3　實戰：Eclipse運行速度調優 192
5.3.1　調優前的程式運行狀態 193
5.3.2　升級JDK版本的性能變化及相容問題 196
5.3.3　編譯時間和類載入時間的優化 200
5.3.4　調整記憶體設置控制垃圾收集頻率 203
5.3.5　選擇收集器降低延遲 206
5.4　本章小結 209
 
【第三部分　虛擬機器執行子系統】
第6章　類檔結構 212
6.1　概述 212
6.2　無關性的基石 212
6.3　Class類檔的結構 214
6.3.1　魔數與Class檔的版本 215
6.3.2　常量池 218
6.3.3　訪問標誌 224
6.3.4　類索引-父類索引與介面索引集合 225
6.3.5　欄位元表集合 226
6.3.6　方法表集合 229
6.3.7　屬性工作表集合 230
6.4　位元元組碼指令簡介 251
6.4.1　位元組碼與資料類型 251
6.4.2　載入和存儲指令 253
6.4.3　運算指令 254
6.4.4　類型轉換指令 255
6.4.5　物件創建與訪問指令 256
6.4.6　運算元棧管理指令 256
6.4.7　控制轉移指令 257
6.4.8　方法調用和返回指令 257
6.4.9　異常處理指示 258
6.4.10　同步指令 258
6.5　公有設計，私有實現 259
6.6　Class檔結構的發展 260
6.7　本章小結 261
 
第7章　虛擬機器類載入機制 262
7.1　概述 262
7.2　類載入的時機 263
7.3　類載入的過程 267
7.3.1　載入 267
7.3.2　驗證 268
7.3.3　準備 271
7.3.4　解析 272
7.3.5　初始化 277
7.4　類載入器 279
7.4.1　類與類載入器 280
7.4.2　雙親委派模型 281
7.4.3　破壞雙親委派模型 285
7.5　Java模組化系統 287
7.5.1　模組的相容性 288
7.5.2　模組化下的類載入器 290
7.6　本章小結 292
 
第8章　虛擬機器位元組碼執行引擎 293
8.1　概述 293
8.2　運行時棧幀結構 294
8.2.1　區域變數表 294
8.2.2　運算元棧 299
8.2.3　動態連接 300
8.2.4　方法返回位址 300
8.2.5　附加資訊 301
8.3　方法調用 301
8.3.1　解析 301
8.3.2　分派 303
8.4　動態類型語言支援 315
8.4.1　動態類型語言 316
8.4.2　Java與動態類型 317
8.4.3　java.lang.invoke包 318
8.4.4　invokedynamic指令 321
8.4.5　實戰：掌控方法分派規則 324
8.5　基於棧的位元組碼解釋執行引擎 326
8.5.1　解釋執行 327
8.5.2　基於棧的指令集與基於寄存器的指令集 328
8.5.3　基於棧的解譯器執行過程 329
8.6　本章小結 334
 
第9章　類載入及執行子系統的案例與實戰 335
9.1　概述 335
9.2　案例分析 335
9.2.1　Tomcat：正統的類載入器架構 335
9.2.2　OSGi：靈活的類載入器架構 338
9.2.3　位元組碼生成技術與動態代理的實現 341
9.2.4　Backport工具：Java的時光機器 345
9.3　實戰：自己動手實現遠端執行功能 348
9.3.1　目標 348
9.3.2　思路 349
9.3.3　實現 350
9.3.4　驗證 355
9.4　本章小結 356
 
【第四部分　程式編譯與代碼優化】
第10章　前端編譯與優化 358
10.1　概述 358
10.2　Javac編譯器 359
10.2.1　Javac的源碼與調試 359
10.2.2　解析與填充符號表 362
10.2.3　注解處理器 363
10.2.4　語義分析與位元組碼生成 364
10.3　Java語法糖的味道 367
10.3.1　泛型 367
10.3.2　自動裝箱-拆箱與遍歷迴圈 375
10.3.3　條件編譯 377
10.4　實戰：插入式注解處理器 378
10.4.1　實戰目標 379
10.4.2　代碼實現 379
10.4.3　運行與測試 385
10.4.4　其他應用案例 386
10.5　本章小結 386

第11章　後端編譯與優化 388
11.1　概述 388
11.2　即時編譯器 389
11.2.1　解譯器與編譯器 389
11.2.2　編譯物件與觸發條件 392
11.2.3　編譯過程 397
11.2.4　實戰：查看及分析即時編譯結果 398
11.3　提前編譯器 404
11.3.1　提前編譯的優劣得失 405
11.3.2　實戰：Jaotc的提前編譯 408
11.4　編譯器優化技術 411
11.4.1　優化技術概覽 411
11.4.2　方法內聯 415
11.4.3　逃逸分析 417
11.4.4　公共子運算式消除 420
11.4.5　陣列邊界檢查消除 421
11.5　實戰：深入理解Graal編譯器 423
11.5.1　歷史背景 423
11.5.2　構建編譯調試環境 424
11.5.3　JVMCI編譯器介面 426
11.5.4　代碼中間表示 429
11.5.5　代碼優化與生成 432
11.6　本章小結 436
 
【第五部分　高效併發】
第12章　Java記憶體模型與執行緒 438
12.1　概述 438
12.2　硬體的效率與一致性 439
12.3　Java記憶體模型 440
12.3.1　主記憶體與工作記憶體 441
12.3.2　記憶體間交交交互操作 442
12.3.3　對於volatile型變數的特殊規則 444
12.3.4　針對long和double型變數的特殊規則 450
12.3.5　原子性-可見性與有序性 450
12.3.6　先行發生原則 452
12.4　Java與執行緒 455
12.4.1　執行緒的實現 455
12.4.2　Java執行緒調度 458
12.4.3　狀態轉換 460
12.5　Java與協程 461
12.5.1　內核執行緒的局限 461
12.5.2　協程的復蘇 462
12.5.3　Java的解決方案 464
12.6　本章小結 465

第13章　執行緒安全與鎖優化 466
13.1　概述 466
13.2　執行緒安全 466
13.2.1　Java語言中的執行緒安全 467
13.2.2　執行緒安全的實現方法 471
13.3　鎖優化 479
13.3.1　自旋鎖與自我調整自旋 479
13.3.2　鎖消除 480
13.3.3　鎖粗化 481
13.3.4　羽量級鎖 481
13.3.5　偏向鎖 483
13.4　本章小結 485
 
附錄A　在Windows系統下編譯OpenJDK 6 486
附錄B　展望Java技術的未來（2013年版） 493
附錄C　虛擬機器位元元組碼指令表 499
附錄D　物件查詢語言（OQL）簡介 506
附錄E　JDK歷史版本軌跡 512