揭秘Java虚拟机 JVM设计原理与实现 内容简介

《揭秘Java虚拟机：JVM设计原理与实现》从源码角度解读HotSpot的内部实现机制，本版本主要包含三大部分——JVM数据结构设计与实现、执行引擎机制及内存分配模型。

数据结构部分包括Java字节码文件格式、常量池解析、字段解析、方法解析。每一部分都给出详细的源码实现分析，例如字段解析一章，从源码层面详细分析了Java字段重排、字段继承等关键机制。再如方法解析一章，给出了Java多态特性在源码层面的实现方式。《揭秘Java虚拟机：JVM设计原理与实现》通过直接对源代码的分析，从根本上梳理和澄清Java领域中的关键概念和机制。

执行引擎部分包括Java方法调用机制、栈帧创建机制、指令集架构与解释器实现机制。这一话题是《揭秘Java虚拟机：JVM设计原理与实现》技术含量高的部分，需要读者具备一定的汇编基础。不过千万不要被“汇编”这个词给吓着，其实在作者看来，汇编相比于高级语言而言，语法非常简单，语义也十分清晰。执行引擎部分重点描述Java源代码如何转换为字节码，又如何从字节码转换为机器指令从而能够被物理CPU所执行的技术实现。同时详细分析了Java函数堆栈的创建全过程，在源码分析的过程中，带领读者从本质上理解到底什么是Java函数堆栈和栈帧，以及栈帧内部的详细结构。

内存分配部分主要包括类型创建与加载、对象实例创建与内存分配，例如new关键字的工作机制，import关键字的作用，再如java.lang.ClassLoader.loadClass()接口的本地实现机制。

《揭秘Java虚拟机：JVM设计原理与实现》并不是简单地分析源码实现，而是在描述HotSpot内部实现机制的同时，分析了HotSpot如此这般实现的技术必然性。读者在阅读《揭秘Java虚拟机：JVM设计原理与实现》的过程中，将会在很多地方看到作者本人的这种思考。

揭秘Java虚拟机 JVM设计原理与实现 目录

前言

第1章　Java虚拟机概述

1.1　从机器语言到Java——詹爷，你好

1.2　兼容的选择：一场生产力的革命

1.3　中间语言翻译

1.3.1　从中间语言翻译到机器码

1.3.2　通过C程序翻译

1.3.3　直接翻译为机器码

1.3.4　本地编译

1.4　神奇的指令

1.4.1　常见汇编指令

1.4.2　JVM指令

1.5　本章总结

第2章　Java执行引擎工作原理：方法调用

2.1　方法调用

2.1.1　真实的机器调用

2.1.2　C 语言函数调用

2.2　JVM 的函数调用机制

2.3　函数指针

2.4　CallStub 函数指针定义

2.5　_call_stub_entry例程

2.6　本章总结

第3章　Java数据结构与面向对象

3.1　从Java算法到数据结构

3.2　数据类型简史

3.3　Java 数据结构之偶然性

3.4　Java类型识别

3.4.1　class字节码概述

3.4.2　魔数与JVM内部的int类型

3.4.3　常量池与JVM内部对象模型

3.5　大端与小端

3.5.1　大端和小端的概念

3.5.2　大小端产生的本质原因

3.5.3　大小端验证

3.5.4　大端和小端产生的场景

3.5.5　如何解决字节序反转

3.5.6　大小端问题的避免

3.5.7　JVM 对字节码文件的大小端处理

3.6　本章总结

第4章　Java字节码实战

4.1　字节码格式初探

4.1.1　准备测试用例

4.1.2　使用javap命令分析字节码文件

4.1.3　查看字节码二进制

4.2　魔数与版本

4.2.1　魔数

4.2.2　版本号

4.3　常量池

4.3.1　常量池的基本结构

4.3.2　JVM 所定义的11种常量

4.3.3　常量池元素的复合结构

4.3.4　常量池的结束位置

4.3.5　常量池元素总数量

4.3.6　第一个常量池元素

4.3.7　第二个常量池元素

4.3.8　父类常量

4.3.9　变量型常量池元素

4.4　访问标识与继承信息

4.4.1　access_flags

4.4.2　this_class

4.4.3　super_class

4.4.4　interface

4.5　字段信息

4.5.1　fields_count

4.5.2　field_info fields[fields_count]

4.6　方法信息

4.6.1　methods_count

4.6.2　method_info methods[methods_count]

4.7　本章回顾

第5章　常量池解析

5.1　常量池内存分配

5.1.1　常量池内存分配总体链路

5.1.2　内存分配

5.1.3　初始化内存

5.2　oop-klass模型

5.2.1　两模型三维度

5.2.2　体系总览

5.2.3　oop体系

5.2.4　klass体系

5.2.5　handle体系

5.2.6　oop 、klass、handle的相互转换

5.3　常量池klass模型(1)

5.3.1　klassKlass实例构建总链路

5.3.2　为klassOop申请内存

5.3.3　klassOop内存清零

5.3.4　初始化mark

5.3.5　初始化klassOop._metadata

5.3.6　初始化klass

5.3.7　自指

5.4　常量池klass模型(2)

5.4.1　constantPoolKlass模型构建

5.4.2　constantPoolOop 与klass

5.4.3　klassKlass终结符

5.5　常量池解析

5.5.1　c onstantPoolOop域初始化

5.5.2　初始化tag

5.5.3　解析常量池元素

5.6　本章总结

第6章　类变量解析

6.1　类变量解析

6.2　偏移量

6.2.1　静态变量偏移量

6.2.2　非静态变量偏移量

6.2.3　Java 字段内存分配总结

6.3　从源码看字段继承

6.3.1　字段重排与补白

6.3.2　private 字段可被继承吗

6.3.3　使用HSDB验证字段分配与继承

6.3.4　引用类型变量内存分配

6.4　本章总结

第7章　Java栈帧

7.1　entry_point例程生成

7.2　局部变量表创建

7.2.1　c onstMethod的内存布局

7.2.2　局部变量表空间计算

7.2.3　初始化局部变量区

7.3　堆栈与栈帧

7.3.1　栈帧是什么

7.3.2　硬件对堆栈的支持

7.3.3　栈帧开辟与回收

7.3.4　堆栈大小与多线程

7.4　JVM的栈帧

7.4.1　JVM 栈帧与大小确定

7.4.2　栈帧创建

7.4.3　局部变量表

7.5　栈帧深度与slot复用

7.6　最大操作数栈与操作数栈复用

7.7　本章总结

第8章　类方法解析

8.1　方法签名解析与校验

8.2　方法属性解析

8.2.1　code属性解析

8.2.2　L VT＆LVTT

8.3　创建methodOop

8.4　Java 方法属性复制

8.5　〈clinit〉与〈init〉

8.6　查看运行时字节码指令

8.7　vtable

8.7.1　多态

8.7.2　C++中的多态与vtable

8.7.3　Java 中的多态实现机制

8.7.4　vtable 与invokevirtual指令

8.7.5　HSDB 查看运行时vtable

8.7.6　miranda方法

8.7.7　vtable特点总结

8.7.8　vtable 机制逻辑验证

8.8　本章总结

第9章　执行引擎

9.1　执行引擎概述

9.2　取指

9.2.1　指令长度

9.2.2　JVM 的两级取指机制

9.2.3　取指指令放在哪

9.2.4　程序计数器在哪里

9.3　译码

9.3.1　模板表

9.3.2　汇编器

9.3.3　汇编

9.4　栈顶缓存

9.5　栈式指令集

9.6　操作数栈在哪里

9.7　栈帧重叠

9.8　entry_point 例程机器指令

9.9　执行引擎实战

9.9.1　一个简单的例子

9.9.2　字节码运行过程分析

9.10　字节码指令实现

9.10.1　iconst_3

9.10.2　istore_0

9.10.3　iadd

9.11　本章总结

第10章　类的生命周期

10.1　类的生命周期概述

10.2　类加载

10.2.1　类加载——镜像类与静态字段

10.2.2　Java 主类加载机制

10.2.3　类加载器的加载机制

10.2.4　反射加载机制

10.2.5　import 与new指令

10.3　类的初始化

10.4　类加载器

10.4.1　类加载器的定义

10.4.2　系统类加载器与扩展类加载器创建

10.4.3　双亲委派机制与破坏

10.4.4　预加载

10.4.5　引导类加载

10.4.6　加载、链接与延迟加载

10.4.7　父加载器

10.4.8　加载器与类型转换

10.5　类实例分配

10.5.1　栈上分配与逃逸分析

10.5.2　TLAB

10.5.3　指针碰撞与eden区分配

10.5.4　清零

10.5.5　偏向锁

10.5.6　压栈与取指

10.6　本章总结

揭秘Java虚拟机 JVM设计原理与实现 精彩文摘

1.通过编译器实现兼容

例如 C、C++等编程语言，既能运行于 Linux 操作系统，也能运行于 Windows 操作系统；既能运行于 x86 平台，也能运行于 AMD 平台。这种能力并不是编程语言本身所具备的，而是由编译器所赋予。针对不同的硬件平台和操作系统，开发特定的编译器，编译器能够将同样一段 C/C++程序翻译成与目标平台匹配的机器指令，从而实现编程语言的兼容性。

但是通过编译器实现兼容性时，如果涉及系统调用，往往都需要修改程序，调用特定系统的特定 API，否则程序迁移到新的平台上之后，无法运行。