深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践
前言
致谢
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 展望Java技术的未来
1.4.1 模块化
1.4.2 混合语言
查看完整
致谢
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 展望Java技术的未来
1.4.1 模块化
1.4.2 混合语言
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周志明，资深Java技术专家，对JavaEE企业级应用开发、OSGi、Java虚拟机和工作流等都有深入的研究，并在大量的实践中积累了丰富的经验。尤其精通Java虚拟机，撰写了大量与JVM相关的经典文章，被各大技术社区争相转载，是ITeye等技术社区公认的Java虚拟机方面的领袖人物之一。现任远光软件股份有限公司平台开发部经理兼平台架构师，先后参加与过国家电网、南方电网等多个国家级大型ERP项目的平台架构工作，对软件系统架构也有深刻的认识和体会。
作为一位Java程序员，你是否也曾经想深入理解Java虚拟机，但是却被它的复杂和深奥拒之门外？没关系，本书极尽化繁为简之妙，能带领你在轻松中领略Java虚拟机的奥秘。本书是近年来国内出版的一本与Java虚拟机相关的专著，也是一本同时从核心理论和实际运用这两个角度去探讨Java虚拟机的著作，不仅理论分析得透彻，而且书中包含的典型案例和佳实践也极具现实指导意义。
本书共分为五大部分。第一部分从宏观的角度介绍了整个Java技术体系的过去、现在和未来，以及如何独立地编译一个OpenJDK7，这对理解后面的内容很有帮助。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；常见的虚拟机的监控与调试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Class的文件结构以及如何存储和访问…
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本书共分为五大部分。第一部分从宏观的角度介绍了整个Java技术体系的过去、现在和未来，以及如何独立地编译一个OpenJDK7，这对理解后面的内容很有帮助。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；常见的虚拟机的监控与调试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Class的文件结构以及如何存储和访问…
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前言
致谢
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 展望Java技术的未来
1.4.1 模块化
1.4.2 混合语言
1.4.3 多核并行
1.4.4 进一步丰富语法
1.4.5 64位虚拟机
1.5 实战：自己编译JDK
1.5.1 获取JDK源码
1.5.2 系统需求
1.5.3 构建编译环境
1.5.4 准备依赖项
1.5.5 进行编译
1.6 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 对象访问
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 运行时常量池溢出
2.4.4 方法区溢出
2.4.5 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？
3.2.1 引用计数算法
3.2.2 根搜索算法
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 垃圾收集器
3.4.1 Serial收集器
3.4.2 ParNew收集器
3.4.3 Parallel Scavenge收集器
3.4.4 Serial Old收集器
3.4.5 Parallel Old收集器
3.4.6 CMS收集器
3.4.7 G1收集器
3.4.8 垃圾收集器参数总结
3.5 内存分配与回收策略
3.5.1 对象优先在Eden分配
3.5.2 大对象直接进入老年代
3.5.3 长期存活的对象将进入老年代
3.5.4 动态对象年龄判定
3.5.5 空间分配担保
3.6 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
4.3 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
5.3 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 Class文件结构的发展
6.5 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
8.4 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 查看与分析即时编译结果
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C
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A Java虚拟机家族
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
^ 收 起
致谢
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 展望Java技术的未来
1.4.1 模块化
1.4.2 混合语言
1.4.3 多核并行
1.4.4 进一步丰富语法
1.4.5 64位虚拟机
1.5 实战：自己编译JDK
1.5.1 获取JDK源码
1.5.2 系统需求
1.5.3 构建编译环境
1.5.4 准备依赖项
1.5.5 进行编译
1.6 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 对象访问
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 运行时常量池溢出
2.4.4 方法区溢出
2.4.5 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？
3.2.1 引用计数算法
3.2.2 根搜索算法
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 垃圾收集器
3.4.1 Serial收集器
3.4.2 ParNew收集器
3.4.3 Parallel Scavenge收集器
3.4.4 Serial Old收集器
3.4.5 Parallel Old收集器
3.4.6 CMS收集器
3.4.7 G1收集器
3.4.8 垃圾收集器参数总结
3.5 内存分配与回收策略
3.5.1 对象优先在Eden分配
3.5.2 大对象直接进入老年代
3.5.3 长期存活的对象将进入老年代
3.5.4 动态对象年龄判定
3.5.5 空间分配担保
3.6 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
4.3 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
5.3 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 Class文件结构的发展
6.5 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
8.4 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 查看与分析即时编译结果
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C
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A Java虚拟机家族
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
^ 收 起
周志明，资深Java技术专家，对JavaEE企业级应用开发、OSGi、Java虚拟机和工作流等都有深入的研究，并在大量的实践中积累了丰富的经验。尤其精通Java虚拟机，撰写了大量与JVM相关的经典文章，被各大技术社区争相转载，是ITeye等技术社区公认的Java虚拟机方面的领袖人物之一。现任远光软件股份有限公司平台开发部经理兼平台架构师，先后参加与过国家电网、南方电网等多个国家级大型ERP项目的平台架构工作，对软件系统架构也有深刻的认识和体会。
作为一位Java程序员，你是否也曾经想深入理解Java虚拟机，但是却被它的复杂和深奥拒之门外？没关系，本书极尽化繁为简之妙，能带领你在轻松中领略Java虚拟机的奥秘。本书是近年来国内出版的一本与Java虚拟机相关的专著，也是一本同时从核心理论和实际运用这两个角度去探讨Java虚拟机的著作，不仅理论分析得透彻，而且书中包含的典型案例和佳实践也极具现实指导意义。
本书共分为五大部分。第一部分从宏观的角度介绍了整个Java技术体系的过去、现在和未来，以及如何独立地编译一个OpenJDK7，这对理解后面的内容很有帮助。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；常见的虚拟机的监控与调试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Class的文件结构以及如何存储和访问Class中的数据；虚拟机的类创建机制以及类加载器的工作原理和它对虚拟机的意义；虚拟机字节码的执行引擎以及它在实行代码时涉及的内存结构。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。
本书适合所有Java程序员、系统调优师和系统架构师阅读。
^ 收 起
本书共分为五大部分。第一部分从宏观的角度介绍了整个Java技术体系的过去、现在和未来，以及如何独立地编译一个OpenJDK7，这对理解后面的内容很有帮助。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；常见的虚拟机的监控与调试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Class的文件结构以及如何存储和访问Class中的数据；虚拟机的类创建机制以及类加载器的工作原理和它对虚拟机的意义；虚拟机字节码的执行引擎以及它在实行代码时涉及的内存结构。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。
本书适合所有Java程序员、系统调优师和系统架构师阅读。
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