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。

作品目录

第1章　初识HotSpot　1

1.1　JDK概述　2

1.1.1　JCP与JSR　3

1.1.2　JDK的发展历程　4

1.1.3　Java 7的语法变化　7

1.2　动手编译虚拟机　13

1.2.1　源代码下载　13

1.2.2　HotSpot源代码结构　13

1.2.3　搭建编译环境　15

1.2.4　编译目标　16

1.2.5　编译过程　17

1.2.6　编译常见问题　19

1.3　实战：在HotSpot内调试HelloWorld　20

1.3.1　认识GDB　21

1.3.2　准备调试脚本　22

1.4　小结　26

第2章　启动　28

2.1　HotSpot内核　28

2.1.1　如何阅读源代码　28

2.1.2　HotSpot内核框架　36

2.1.3　Prims　37

2.1.4　Services　39

2.1.5　Runtime　43

2.2　启动　46

2.2.1　Launcher　46

2.2.2　虚拟机生命周期　48

2.2.3　入口：main函数　50

2.2.4　主线程　51

2.2.5　InitializeJVM函数　53

2.2.6　JNI_CreateJavaVM函数　55

2.2.7　调用Java主方法　56

2.2.8　JVM退出路径 56

2.3　系统初始化　57

2.3.1　配置OS模块　58

2.3.2　配置系统属性　60

2.3.3　加载系统库　61

2.3.4　启动线程　62

2.3.5　vm_init_globals函数：初始化全局数据结构　65

2.3.6　init_globals函数：初始化全局模块　65

2.4　小结　69

第3章　类与对象　70

3.1　对象表示机制　71

3.1.1　OOP-Klass二分模型　71

3.1.2　Oops模块　71

3.1.3　OOP框架与对象访问机制　73

3.1.4　Klass与instanceKlass　79

3.1.5　实战：用HSDB调试HotSpot　82

3.2　类的状态转换　87

3.2.1　入口：Class文件　87

3.2.2　类的状态　92

3.2.3　加载　96

3.2.4　链接　101

3.2.5　初始化　104

3.2.6　实战：类的“族谱”　107

3.2.7　实战：系统字典　111

3.3　创建对象　113

3.3.1　实例对象的创建流程　114

3.3.2　实战：探测JVM内部对象　116

3.4　小结　119

第4章　运行时数据区　120

4.1　堆　121

4.1.1　Java的自动内存管理　121

4.1.2　堆的管理　122

4.2　线程私有区域　125

4.2.1　PC　125

4.2.2　JVM栈　126

4.3　方法区　126

4.3.1　纽带作用　127

4.3.2　常量池　130

4.3.3　常量池缓存：ConstantPoolCache　133

4.3.4　方法的表示：methodOop　134

4.3.5　方法的解析：将符号引用转换成直接引用　138

4.3.6　代码放在哪里：ConstMethodOop　141

4.3.7　实战：探测运行时常量池　142

4.4　性能监控数据区：Perf Data　147

4.4.1　描述这段空间：PerfMemory　147

4.4.2　查看　148

4.4.3　生产　150

4.5　转储　151

4.5.1　用VisualVM进行转储分析　151

4.5.2　JVM Crash　153

4.6　小结　158

第5章　垃圾收集　159

5.1　堆与GC　160

5.1.1　垃圾收集　160

5.1.2　分代收集　162

5.1.3　快速分配　165

5.1.4　栈上分配和逸出分析　167

5.1.5　GC公共模块　167

5.2　垃圾收集器　170

5.2.1　设计演进　170

5.2.2　CMS收集器　175

5.2.3　G1收集器　180

5.3　实战：性能分析方法　184

5.3.1　获取GC日志　184

5.3.2　GC监控信息　187

5.3.3　内存分析工具　189

5.3.4　选择合适的收集器与GC性能评估　190

5.3.5　不要忽略JVM Crash日志　195

5.4　小结　196

第6章　栈　197

6.1　硬件背景：了解真实机器　198

6.1.1　程序是如何运行的　198

6.1.2　x86与栈帧　199

6.1.3　ARM对Java硬件级加速：Jazelle技术　202

6.2　Java栈　203

6.2.1　寄存器式指令集与栈式指令集　203

6.2.2　HotSpot中的栈　204

6.2.3　栈帧　207

6.2.4　充分利用寄存器资源　210

6.2.5　虚拟机如何调用Java函数　212

6.2.6　优化：栈顶缓存　221

6.2.7　实战：操作数栈　223

6.3　小结　228

第7章　解释器和即时编译器　229

7.1　概述　230

7.2　解释器如何工作　231

7.2.1　Interpreter模块　232

7.2.2　Code模块　234

7.2.3　字节码表　235

7.2.4　Code Cache　236

7.2.5　InterpreterCodelet与Stub队列　239

7.2.6　Code生成器　241

7.2.7　模板表与转发表　244

7.2.8　实战：InterpreterCodelet　247

7.3　即时编译器　250

7.3.1　概述　250

7.3.2　编译器模块　251

7.3.3　编译器的基本结构　252

7.3.4　实战：编译原理实践，了解编译中间环节　255

7.4　小结　267

第8章　指令集　268

8.1　再说栈式指令集　268

8.2　数据传送　270

8.2.1　局部变量、常量池和操作数栈之间的数据传送　270

8.2.2　数据传送指令　272

8.2.3　实战：数组的越界检查　277

8.3　类型转换　279

8.4　对象的创建和操作　281

8.5　程序流程控制　282

8.5.1　控制转移指令　282

8.5.2　条件转移　283

8.5.3　无条件转移　284

8.5.4　复合条件转移　285

8.5.5　实战：switch语句如何使用String　287

8.6　运算　290

8.6.1　加法：iadd　290

8.6.2　取负：ineg　291

8.7　函数的调用和返回　292

8.7.1　Java函数分发机制：VTABLE与ITABLE　293

8.7.2　invoke系列指令　297

8.7.3　动态分发：覆盖　299

8.7.4　静态分发：重载　302

8.8　异常　305

8.8.1　异常表　305

8.8.2　创建异常　306

8.8.3　try-catch　309

8.8.4　finally　311

8.9　小结　312

第9章　虚拟机监控工具　313

9.1　Attach机制　314

9.1.1　AttachProvider与VirtualMachine　314

9.1.2　命令的下发：execute()　317

9.1.3　命令的执行：Attach Listener守护线程　319

9.2　查看JVM进程　320

9.2.1　用jps查看Java进程　320

9.2.2　实战：定制jps，允许查看库路径　323

9.3　查看和配置JVM　326

9.3.1　用jinfo查看JVM参数配置　326

9.3.2　实战：扩展flags选项，允许查看命令行参数　330

9.4　堆内存转储工具　332

9.4.1　Heap Dump　332

9.4.2　原理　333

9.5　堆转储分析　337

9.5.1　Heap Dump分析工具：jhat　337

9.5.2　实战：MAT分析过程　340

9.6　线程转储分析　343

9.6.1　jstack　343

9.6.2　实战：如何分析资源等待　344

9.7　小结　347