《HotSpot实战》源代码

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“蚓无爪牙之利，筋骨之强，上食埃土，下饮黄泉，用心一也。蟹六跪而二螯，非蛇蟮之穴无可寄托者，用心躁也”。对于技术人员来说，如果长期忽略自身技术的根基而去一昧地追求高层框架技术，这无疑是舍本求末的做法。

相较于C或C++程序员，我发现Java程序员更容易忽视基础技术。JVM的出现，为程序员屏蔽了操作系统与硬件的细节，使得程序员从诸如内存管理这样的繁琐任务中解放出来。但这不并等同于允许Java程序员放弃对基础的重视。我们是否有过这样的经历，在遇到内存故障、丢包、网络协议设计、资源瓶颈、证书、二进制等问题时，往往会觉得比较棘手，在寻求解决思路时更是显得力不从心。这实质上是自身技术遇到了瓶颈难以突破所致。可怕的是，想去深究的时候却无从下手。

我写这本书的初衷是为了唤起Java程序员对于基础技术的重视。事实上，任何平台的程序员都应当了解平台的基本特性、实现机制以及接口，这是提高自身修养的必经之路。对于Java程序员来说，我们需要了解的平台就是JVM。了解JVM的基本实现机制，不仅对于解决实际应用中诸如GC等虚拟机问题时有直接帮助，还有利于我们更好地理解语言本身。

所幸的是，Oracle官方已经将虚拟机项目的源码开放出来，这对于我们来说简直就是福音。本书将以OpenJDK和HotSpot为素材，深入浅出地讲解我们最为熟悉的一款虚拟机产品的实现。除了Java程序员，从事与Java或JVM相关的开发、测试、运维等技术人员也将在本书中获益。

内容简介

《HotSpot实战》深入浅出地讲解了HotSpot虚拟机的工作原理，将隐藏在它内部的本质内容逐一呈现在读者面前，包括OpenJDK与HotSpot项目、编译和调试HotSpot的方法、HotSpot内核结构、Launcher、OOP-Klass对象表示系统、链接、运行时数据区、方法区、常量池和常量池Cache、Perf Data、Crash分析方法、转储分析方法、垃圾收集器的设计演进、CMS和G1收集器、栈、JVM对硬件寄存器的利用、栈顶缓存技术、解释器、字节码表、转发表、Stubs、Code Cache、Code生成器、JIT编译器、C1编译器、编译原理、JVM指令集实现、函数的分发机制、VTABLE和ITABLE、异常表、虚拟机监控工具(如jinfo、jstack、jhat、jmap等)的实现原理和开发方法、Attach机制、基于GUI的JVM分析工具(如MAT、VisualVM)等内容。

除了HotSpot技术，《HotSpot实战》还对方法论进行了探讨。在各个章节的讲解中，都会有一些与系统运行机制相关的实战或练习，供读者练手。通过这些实战练习，不仅有助于读者加深对知识或原理的理解，更为重要的是，它还可以培养读者独立探索的思维方式，这有助于读者把知识融会贯通并灵活应用到实际项目中。

《HotSpot实战》适合于已具有一定Java编程基础的读者，以及在Java或基于JVM的编程语言平台下进行各类软件开发的开发人员、测试人员和运维人员。对于JVM和编程语言爱好者来说，《HotSpot实战》也具有一定的学习参考价值。

作者简介

陈涛，硕士，毕业于中国科技大学。现就职于网易公司旗下的网易宝，从事在线支付系统的设计与开发工作。在从事Java工作之前 ，曾有过Linux内核及驱动开发工作经验。热衷于专研技术，对编程语言和JVM比较感兴趣。工作之余 ，喜欢足球和武侠带来的乐趣。目前正在“专研”的课题是如何做一名称职的奶爸。

目录

• 第1章　初识HotSpot　
• 1.1　JDK概述　
• 1.1.1　JCP与JSR　
• 1.1.2　JDK的发展历程　
• 1.1.3　Java 7的语法变化　
• 1.2　动手编译虚拟机　
• 1.2.1　源代码下载　
• 1.2.2　HotSpot源代码结构　
• 1.2.3　搭建编译环境　
• 1.2.4　编译目标　
• 1.2.5　编译过程　
• 1.2.6　编译常见问题　
• 1.3　实战：在HotSpot内调试HelloWorld　
• 1.3.1　认识GDB　
• 1.3.2　准备调试脚本　
• 1.4　小结　
• 第2章　启动　
• 2.1　HotSpot内核　
• 2.1.1　如何阅读源代码　
• 2.1.2　HotSpot内核框架　
• 2.1.3　Prims　
• 2.1.4　Services　
• 2.1.5　Runtime　
• 2.2　启动　
• 2.2.1　Launcher　
• 2.2.2　虚拟机生命周期　
• 2.2.3　入口：main函数　
• 2.2.4　主线程　
• 2.2.5　InitializeJVM函数　
• 2.2.6　JNI_CreateJavaVM函数　
• 2.2.7　调用Java主方法　
• 2.2.8　JVM退出路径
• 2.3　系统初始化　
• 2.3.1　配置OS模块　
• 2.3.2　配置系统属性　
• 2.3.3　加载系统库　
• 2.3.4　启动线程　
• 2.3.5　vm_init_globals函数：初始化全局数据结构　
• 2.3.6　init_globals函数：初始化全局模块　
• 2.4　小结　
• 第3章　类与对象　
• 3.1　对象表示机制　
• 3.1.1　OOP-Klass二分模型　
• 3.1.2　Oops模块　
• 3.1.3　OOP框架与对象访问机制　
• 3.1.4　Klass与instanceKlass　
• 3.1.5　实战：用HSDB调试HotSpot　
• 3.2　类的状态转换　
• 3.2.1　入口：Class文件　
• 3.2.2　类的状态　
• 3.2.3　加载　
• 3.2.4　链接　
• 3.2.5　初始化　
• 3.2.6　实战：类的“族谱”　
• 3.2.7　实战：系统字典　
• 3.3　创建对象　
• 3.3.1　实例对象的创建流程　
• 3.3.2　实战：探测JVM内部对象　
• 3.4　小结　
• 第4章　运行时数据区　
• 4.1　堆　
• 4.1.1　Java的自动内存管理　
• 4.1.2　堆的管理　
• 4.2　线程私有区域　
• 4.2.1　PC　
• 4.2.2　JVM栈　
• 4.3　方法区　
• 4.3.1　纽带作用　
• 4.3.2　常量池　
• 4.3.3　常量池缓存：ConstantPoolCache　
• 4.3.4　方法的表示：methodOop　
• 4.3.5　方法的解析：将符号引用转换成直接引用　
• 4.3.6　代码放在哪里：ConstMethodOop　
• 4.3.7　实战：探测运行时常量池　
• 4.4　性能监控数据区：Perf Data　
• 4.4.1　描述这段空间：PerfMemory　
• 4.4.2　查看　
• 4.4.3　生产　
• 4.5　转储　
• 4.5.1　用VisualVM进行转储分析　
• 4.5.2　JVM Crash　
• 4.6　小结　
• 第5章　垃圾收集　
• 5.1　堆与GC　
• 5.1.1　垃圾收集　
• 5.1.2　分代收集　
• 5.1.3　快速分配　
• 5.1.4　栈上分配和逸出分析　
• 5.1.5　GC公共模块　
• 5.2　垃圾收集器　
• 5.2.1　设计演进　
• 5.2.2　CMS收集器　
• 5.2.3　G1收集器　
• 5.3　实战：性能分析方法　
• 5.3.1　获取GC日志　
• 5.3.2　GC监控信息　
• 5.3.3　内存分析工具　
• 5.3.4　选择合适的收集器与GC性能评估　
• 5.3.5　不要忽略JVM Crash日志　
• 5.4　小结　
• 第6章　栈　
• 6.1　硬件背景：了解真实机器　
• 6.1.1　程序是如何运行的　
• 6.1.2　x86与栈帧　
• 6.1.3　ARM对Java硬件级加速：Jazelle技术　
• 6.2　Java栈　
• 6.2.1　寄存器式指令集与栈式指令集　
• 6.2.2　HotSpot中的栈　
• 6.2.3　栈帧　
• 6.2.4　充分利用寄存器资源　
• 6.2.5　虚拟机如何调用Java函数　
• 6.2.6　优化：栈顶缓存　
• 6.2.7　实战：操作数栈　
• 6.3　小结　
• 第7章　解释器和即时编译器　
• 7.1　概述　
• 7.2　解释器如何工作　
• 7.2.1　Interpreter模块　
• 7.2.2　Code模块　
• 7.2.3　字节码表　
• 7.2.4　Code Cache　
• 7.2.5　InterpreterCodelet与Stub队列　
• 7.2.6　Code生成器　
• 7.2.7　模板表与转发表　
• 7.2.8　实战：InterpreterCodelet　
• 7.3　即时编译器　
• 7.3.1　概述　
• 7.3.2　编译器模块　
• 7.3.3　编译器的基本结构　
• 7.3.4　实战：编译原理实践，了解编译中间环节　
• 7.4　小结　
• 第8章　指令集　
• 8.1　再说栈式指令集　
• 8.2　数据传送　
• 8.2.1　局部变量、常量池和操作数栈之间的数据传送　
• 8.2.2　数据传送指令　
• 8.2.3　实战：数组的越界检查　
• 8.3　类型转换　
• 8.4　对象的创建和操作　
• 8.5　程序流程控制　
• 8.5.1　控制转移指令　
• 8.5.2　条件转移　
• 8.5.3　无条件转移　
• 8.5.4　复合条件转移　
• 8.5.5　实战：switch语句如何使用String　
• 8.6　运算　
• 8.6.1　加法：iadd　
• 8.6.2　取负：ineg　
• 8.7　函数的调用和返回　
• 8.7.1　Java函数分发机制：VTABLE与ITABLE　
• 8.7.2　invoke系列指令　
• 8.7.3　动态分发：覆盖　
• 8.7.4　静态分发：重载　
• 8.8　异常　
• 8.8.1　异常表　
• 8.8.2　创建异常　
• 8.8.3　try-catch　
• 8.8.4　finally　
• 8.9　小结　
• 第9章　虚拟机监控工具　
• 9.1　Attach机制　
• 9.1.1　AttachProvider与VirtualMachine　
• 9.1.2　命令的下发：execute()　
• 9.1.3　命令的执行：Attach Listener守护线程　
• 9.2　查看JVM进程　
• 9.2.1　用jps查看Java进程　
• 9.2.2　实战：定制jps，允许查看库路径　
• 9.3　查看和配置JVM　
• 9.3.1　用jinfo查看JVM参数配置　
• 9.3.2　实战：扩展flags选项，允许查看命令行参数　
• 9.4　堆内存转储工具　
• 9.4.1　Heap Dump　
• 9.4.2　原理　
• 9.5　堆转储分析　
• 9.5.1　Heap Dump分析工具：jhat　
• 9.5.2　实战：MAT分析过程　
• 9.6　线程转储分析　
• 9.6.1　jstack　
• 9.6.2　实战：如何分析资源等待　
• 9.7　小结