JVM概况图

JVM是Java虚拟机的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。下图带你深入理解Java虚拟机与JVM高级特性与最佳实践，内容涵盖了走进java、自动内存管理机制、虚拟机执行子系统、程序编译与代码优化、高效并发。

深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践

• 第一部分 走进java
  • 第1章 走进Java
    • 1.1 概述
      • 面向对象的编程语言
      • 一次编译到处运行
    • 1.2 Java技术体系
      • java Card
      • java ME
      • java SE
      • java EE
    • 1.3 Java发展史
      • 1991年Janes Gosling Oak(橡树)
      • 1995年java1.0发布
      • ......
    • 1.4 Java 虚拟机发展史
      • 1.4.1 Sun Classic/Exact Vm
        • Sun Classic VM 世界上第一款商用Java虚拟机
        • Exact VM 即使编译器、编译器与解释器缓和工作
      • 1.4.2 Sun HotSpot VM
        • OpenJDK
        • Sun JDK
      • 1.4.3 Sun Mobile-Embedded VM /Meta-Circular VM
        • KVM
          • 手机平台
        • CDC/CLDC HotSpot Implementation
          • Java ME支柱
        • Squawk VM
          • java Card
        • JavaInJava
          • 不能即时编译
          • 用Java实现的
        • Maxine VM
          • 有先进的JIT编译器
          • 有垃圾回收器
          • 效率高接近HotSpot Client VM水平
      • 1.4.4 BEA JRockit/IBM J9 VM
        • BEA JRockit VM
          • 即使编译器编译后执行
          • JRockit收集器和MissionControl服务套件处于领先水平
        • IBM J9 VM
          • 更名为K8
          • IBM AIX和z/OS 部署java应用
      • 1.4.5 Azul VM/BEA Liquid VM
        • Azul VM
          • HotSpot 基础上大量改进
        • BEA Liquid VM
          • 不需要操作系统
          • 自身实现操作系统的必要功能
          • 最大限度地发挥硬件的能力
      • 1.4.6 Apache Harmoney/Goole Andriod Dalvik VM
        • Apache Harmoney
          • Apcahe 基金会旗下的
          • 兼容与JDK1.5、JDK1.6
        • Goole Andriod Dalvik VM
          • 即时编译性能很高
      • 1.4.7 Mircrosotf JVM 以及其他
        • 微软有windows版本的JVM
        • 其他JVM
          • Jam VM
          • cacaovm
          • SableVm
          • Kaffe
          • Jelatine JVM
          • NanoVm
          • MRP
          • Moxie JVM
          • Jikes RVM
    • 1.5 展望Java技术的未来
      • 1.5.1模块化
        • java模块化系统
        • java模块化已经成为一项无法阻挡的变革潮流
        • java SE 动态组件支持
      • 1.5.2 混合语言
        • Clojure
        • JVM支持多语言
        • JRuby
        • Groovy
        • 等编程语言
        • 多语言虚拟机的方向发展
      • 1.5.3 多核并行
        • JDK1.5加入java.util.concurrent包实现粗粒度并行框架
        • JDK1.7加入java.util.concurrent,forkjoin是对框架的一个扩充
      • 1.5.4 进一步丰富语法
        • JDK5 加入自动装箱、泛型、动态注释、可变长参数、遍历循环等语法
        • JDK8 添加Lambda表达式
        • 函数方式编程可能会成为主流
      • 1.5.5 64位虚拟机
        • 支持64位虚拟机
    • 1.6 实战：自己编译JDK
      • 此章节是实战章节，一定要手动去编译一把
• 自动内存管理机制
  • 第2章 Java内存区域和内存溢出异常
    • 2.1 概述
      • 垃圾回收机制交给了java
    • 2.2 运行时数据区域
      • 2.2.1 程序计数器
        • 较小内存空间
        • 行号指示器
        • 唯一一个不会报OutOfMemoryError错误的区
      • 线程隔离的数据区
      • 2.2.2 虚拟机栈
        • 栈先进后出
        • 会抛出OOM和Stack OverflowError
        • 每个方法执行都会创建帧
        • 执行的是Java方法
      • 2.2.3 本地方法栈
        • 会抛出OOM和Stack OverflowError
        • 执行Native方法
        • HotSpot虚拟机直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一
      • 2.2.4 Java堆
        • 内存中最大的一块区域
        • 存放对象实例
        • 垃圾收集主要工作区域
        • 分为新生代和老年代
        • 会抛出OOM和Stack OverflowError
        • new 的都是放在堆中
      • 所有线程共享的数据区
      • 2.2.5 方法区
        • 会抛出OOM和Stack OverflowError
        • 类信息、常量、静态常量、即使编译器编译后的代码等数据
        • 垃圾回收在方法区的行为
          • 很少但是也会执行
          • 所有线程共享的数据区
        • 异常定义
        • 方法区和永久代并不等价
      • 2.2.6 运行时常量池
        • 会抛出OOM和Stack OverflowError
        • 动态性
        • 运行时进入方法运常量池
        • 任何字符串的创建都会放在常量池中
        • 用的比较多的是String类的intern()方法
        • 运行时是字节码常量
      • 2.2.7 直接内存
        • 会抛出OOM和Stack OverflowError
        • 可以分配对外内存
    • 2.3 HostSpot虚拟机对象探秘
      • 2.3.1对象创建
        • 给对象分配内存
          • 指针碰撞
            • 有规则
          • 取决于垃圾回收机制
          • 空闲列表
            • 无规则
        • 线程安全问题
          • 线程同步处理
          • 本币线程分配缓冲TLAB
        • 初始化对象
          • 对基础类型字段进行初始化
        • 执行构造方法
          • 每个类都会执行构造方法
      • 2.3.2 对象内存布局
        • 对象头（Header）
          • 运行时数据
            • 如哈希码（HashCode )、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。
          • 类型指针
            • 指向它的类元数据的指针
        • 实例数据（Instance Data）
          • 对象真正存在的有效信息 虚拟机分配策略为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops(Ordinary Object Points)
        • 对齐填充Padding
          • 不是必然存在的
      • 2.3.3 对象的访问定位
        • 使用句柄
        • 使用指针
  • 第3章 垃圾收集器与内存分配策略
    • 3.1 概述
      • 说了下垃圾回收的目的
    • 3.2 对象已死吗
      • 3.2.1 引用计数算法
        • 给对象添加一个引用计数器
        • 实现简单，判定效率高，但JVM基本都没有使用
      • 3.2.2 可达性分析算法
        • 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表）中引用对象
        • 方法区中静态属性引用的对象
        • 方法区中常量引用 的对象
        • 本地方法栈中JNI(即一般说的Native方法)引用对象
      • 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
        • 标记步骤
        • 清除步骤
        • 不足：效率不高，清理的内存是碎片的
      • 3.3.2 复制算法
        • 分为3个区一个Eden区两个Survivor区，其中两个Survivor区大小相等
        • Eden和Survivor 的比例大概是8:1
        • 回收率在98%
        • 将存活对象放在一个区中，清除Eden和Survivor区的对象
        • 针对新生代内存比较有效
      • 3.3.3 标记整理算法
        • 和标记清除算法一样
        • 将存活对象放在一端，然后清除边界外的内存
        • 适用于老年代回收
      • 3.3.4 分代收集算法
        • 采用复制算法和标记整理算法一块使用
        • 根据新生代和老年代决定用哪个算法
    • 3.4 HotSpot的算法实现
      • 3.4.1 枚举根节点
      • 3.4.2 安全点
      • 3.4.3 安全区域
    • 3.5 垃圾收集器
      • 3.5.1 Serial 收集器
        • 单线程垃圾收集器
        • 桌面应用
        • Stop The Word，执行此收集器的时候，其他应用都要停止
      • 3.5.2 ParNew 收集器
        • 多线程收集器
        • 使用复制算法
      • 3.5.3 Parallel Scavenge 收集器
        • 复制算法
        • 多线程收集器
        • 新生代收集器
        • 达到可控制的吞吐量
          • -XX:MaxGCPauseMillis停顿时间
          • -XX:GCTimeRatio吞吐量大小
      • 3.5.4 Serial Old 收集器
      • 3.5.5 Parallel Old 收集器
      • 3.5.6 CMS收集器
        • CMS(Concurrent Mark Sweep)
        • 优缺点
          • 优点
            • 并发收集
            • 标记清除算法实现
            • 低停顿
          • 缺点
            • 对CPU资源非常敏感
            • 标记清除算法实现
            • 无法处理浮动垃圾，可能出现Concurrent Mode Failure
            • 大量空间碎片产生
        • 初始标记
          • Stop The World
          • 引用计数算法
          • 可达性分析算法
        • 并发标记
        • 重新标记
          • Stop The World
        • 并发清除
      • 标记清除算法实现
      • 3.5.7 G1收集器
        • G1(Garbage-First)
        • 初始标记
        • 并发标记
        • 最终标记
        • 筛选回收
        • 优缺点
          • 优点
            • 并行与并发
              • 使用多个CPU缩短Stop The World的时间
            • 分代收集
            • 空间整合
              • 标记整理算法实现，不会有碎片空间
            • 可预测的停顿
      • 3.5.8 理解GC日志
      • 3.5.9 垃圾收集器参数总结
    • 3.6 内存分配与回收策略
      • 3.6.1 对象优先在Eden分配
        • 对象优先分配到Eden区域，当Eden区域没有内存时会发生一次Minor GC
        • Eden 和Survior区域的比例是8:1
        • Minor GC
          • 新生代GC
          • 非常频繁
          • 速度快
        • Major GC/Full GC
          • 一版在执行Major GC的时候会执行一次Minor GC
          • Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上
      • 3.6.2 大对象直接进入老年代
        • 大部分都是字符串及数组
        • 提供-XX:PretenureSizeThreshold=3M，大于3M的时候直接进入老年代
        • 避免Eden和Survivor区之间发生大量的内存复制
      • 3.6.3 长期存活的对象将进入老年代
        • 定义年龄计数器，Minor GC一次年龄增加1岁
        • 默认是15岁
        • 配置参数-XX:MaxTenuringThreshold=1
      • 3.6.4 动态对象年龄判断
        • 如果在survivor空间中相同年龄所有大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代
        • 不是所有的进入老年代都要等到MaxTenUringTheshold中要求的值
      • 3.6.5 内存分配担保
        • 老年代空间大于新生代所有对象空间
        • 设置参数：-XX:HandlePromotionFailure设置是否允许担保
  • 第4章 虚拟机性能监控与故障处理工具
    • 4.1 概述
      • 知识经验是基础
      • 数据是依据
        • 运行日志
        • 异常堆栈
        • GC日志
        • 线程快照
        • 堆转储快照
    • 4.2 JDK命令行工具
      • 4.2.1 jps 虚拟机进程状况工具
        • JVM Process Status Tool,显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程
        • 得到的id是本地虚拟机唯一id
        • -q 只输出LVMID，省略主类名称
        • -m 输出虚拟机进程启动时传递给main()函数的参数
        • -l 输出主类的全名，如果进程执行的是jar包，输出jar路径
        • -v 输出虚拟机进程启动时JVM参数
      • 4.2.2 jstat
        • JVM Statictics Monitoring Tool 用于收集HotSpot 虚拟机各方面运行的数据
        • 显示本地或者远程虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据
      • 4.2.3 jinfo：java配置信息工具
        • Configuration Info for Java 显示虚拟机配置信息
        • 查看参数
          • # jinfo -flag GCLogFileSize 8807 -XX:GCLogFileSize=10485760
        • 打开gc
          • jinfo -flag+PrintGCDetails 12278
        • 关闭gc
          • jinfo -flag -PrintGCDetails 12278
          • jinfo -flag -PrintGC 12278
      • 4.2.4 jmap
        • Memory Map for Java 生成虚拟机的内存转储快照（heapdump 文件）
        • 使用方法：jmap -dump:format=b,file=test.bin 16184 这种方式可以用 jvisualvm.exe 进行内存分析， 或者采用 Eclipse Memory Analysis Tools (MAT)这个工具
        • 获取dump的三种方法
        • jmap -histo:live pid这种方式会先出发fullgc，所有如果 不希望触发fullgc 可以使用jmap -histo pid
        • jdk启动加参数： -XX:+HeapDumpBeforeFullGC -XX:HeapDumpPath=/httx/logs/dum 这种方式会产生dump日志，再通过jvisualvm.exe 或者Eclipse Memory Analysis Tools 工具进行分析
      • 4.2.5 jhat
        • JVM Heap Dump Browser 用于分析heapdump文件， 它会建立一个HTTP/HTML 服务器，让用户可以在浏览器查上查看分析结果
        • 使用方法:jhat test.bin
        • 自启动一个内置的tomcat在网页分析
        • 支持OQL语句
      • 4.2.6 jstack
        • Stack Trace for java 显示虚拟机的线程快照
        • 线程出现停顿、死锁、循环、请求外部资源导致过长等原因
      • 4.2.7 HSDIS：JIT生成源代码反汇编
    • 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 ：多合一处理工具
  • 第5章 调优案例分析与实践
    • 5.1 概述
      • 知识
      • 工具
      • 数据
      • 经验
        • 必须要自己多看多练
    • 5.2 案例分析
      • 5.2.1 高性能硬件上的程序部署策略
      • 子主题
• 虚拟机执行子系统
  • 第6章 类文件结构
    • 6.1 概述
      • 计算机只认识0和1
    • 6.2 无关性的基石
      • 一次编译到处运行
      • Groovy JRuny Jython 都可以JVM中运行
      • 虚拟机不关心class是谁产生的
    • 6.3 CLass 类文件的结构
      • 6.3.1 魔数与Class文件的版本
        • class头的4个字节成为魔数
        • 魔数后四个字节是版本号信息，存储是16进制，换算为10进制看对应的版本号
      • 6.3.2 常量池
        • 常量池的数字在版本号后面，且是占有两个字节
        • 这一块没有看清原理
        • 使用javap -verbose 类名 输出信息，方便查询
        • cp_info
      • 6.3.3 访问标志
        • 是类还是接口
        • 可以看flags
        • 定义是不是public
        • 是否定义abstract
        • 是否是final
        • access_flags有16个标志位能用，当前使用8个，没有用到的的标志位一律为0
      • 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
        • 1 code属性
        • 11 BootstrapMethods属性
        • 3 lineNumberTable属性
        • 4 LocalVariableTable属性
        • 5 SourceFile 属性
        • 2 Exceptions 属性
        • 7 InnerClasses属性
        • 8 Deprecated及Synthetic属性
        • 9 StackMapTable属性
        • 10 Singnature属性
        • 6 Con斯坦Value属性
    • 6.4 字节码指令简介
      • 6.4.1 字节码与数据类型
      • 6.4.2 加载和存储指令
      • 6.4.3 运行指令
        • 就是将基础运算符进行转化为指令，方便计算机计算
      • 6.4.4 类型转换指令
        • 注意越界
      • 6.4.5 对象创建与访问指令
        • a代表引用类型
      • 6.4.6 操作数栈管理指令
      • 6.4.7 控制转移指令
      • 6.4.8 方法的调用和返回指令
      • 6.4.9 异常处理指令
      • 6.4.10 同步指令
        • monitorenter
        • monitorexit
  • 第7章 虚拟机类加载机制
    • 7.1概述
      • java虚拟机加载完字节码才能返回结果
    • 7.2类加载时机
      • 有7个小阶段 加载，连接（验证，准备，解析）、卸载、使用、初始化
      • 有切仅有5种对类进行初始化
        • 遇到new、getstatic、putstatic或者invokestatic这四个指令时
        • 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类 没有进行过初始化，则需要先触发其初始化
        • 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有初始化，则需要先 触发其父类的初始化
        • 当虚拟机启动时，用户需要制定一个执行的主类（包括main（）方 法的那个类）虚拟机会优先初始化这个类
        • 在初次调用java.lang.invoke.MethodHandle实例时，通过java虚 拟机解析出类型是REF_getStatic,REF_puStatic,REF_invokeStatic 的方法句柄时
    • 7.3类加载过程
      • 7.3.1加载
        • 通过一个类的全限定名来获取定义此类 的二进制流
          • 从ZIP中获取
          • 从网络中获取
          • 运行时计算生成
          • 其他文件生成
          • 数据库读取
        • 将这个字节流所代表的静态存储结构转 化为方法区的运行时数据结构
        • 在内存中生成一个代表这个类的java.lang .Class对象，作为方法区这个类的各种 数据访问接口
      • 7.3.2验证
        • 文件格式验证
          • 魔数是否是以0xCAFEBABE开头
          • 主次版本号是否在虚拟机处理范围
          • 常量池是否有不支持的常量，和是 否有不存在的常量
          • UTF8编码
          • Class文件中信息
        • 元数据验证
          • 这个类是否有父类
          • 这个类是否继承了不允许的继承的类
          • 类不是抽象类，是否实现了其他类 或者接口之中要实现的所有方法
          • 类中字段方法是否与父类产生矛盾
        • 字节码验证
          • 最复杂的校验
        • 符号引用验证
      • 7.3.3准备
        • 分配内存空间
        • 变量的初始值
        • 记一下各个类型初始化值
      • 7.3.4解析
        • 类或接口的解析
        • 字段解析
        • 类方法解析
        • 接口方法解析
      • 7.3.5初始化
        • 类加载的最后一步
        • 执行类构造器<clinit>()方法的过程
    • 7.4类加载器
      • 7.4.1 类与类加载器
        • 通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流
        • 启动类加载器
        • 扩展类加载器
        • 应用程序类加载器
        • 自定义类加载器
          • 高度灵活性
          • 代码加密
          • 类加载器可以实现热部署
      • 7.4.2 双亲委派模型
        • 首先会检查请求加载的类是否已经被加载过
        • 若没有被加载过
          • 递归调用父类加载器的loadClass()
          • 父类加载器为空后就使用启动类加载器加载
        • 如果父类加载器和启动类加载器均无法加载请求，则调用自身的加载功能
        • JDK1.2以后才有双亲委派模型
    • 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
        • 最小值是变量槽slot
      • 8.2.2 操作数栈
        • 后入先出（LIFO）
      • 8.2.3 动态链接
      • 8.2.4 方法返回地址
      • 8.2.5 附件信息
    • 8.3 方法调用
      • 8.3.1 解析
        • invokestatic：调用静态方法
        • invokespecial：调用实例构造器<init>方法、私有方法和父方法
        • invevirtual：调用所有虚拟方法
        • invokeinterface：调用接口方法，会在运行时再确定一个实现此接口的对象
        • invokedynamic
      • 8.3.2 分派
        • 静态分派调用
        • 动态分派调用
      • 8.3.3 动态类型语言支持
  • 第9章 类加载及执行子系统的案例与实践
• 程序编译与代码优化
  • 第10章 早期（编译期）优化
  • 第11章 晚期（运行期）优化
• 高效并发
  • 第12章 Java内存模型与线程
    • 12.1 概述
      • 衡量服务性能高低好坏
        • 每秒处理事务数 TPS（Transsactions Per Second）
    • 12.2硬件效率与一致性
      • 计算机存储和处理器之间有缓存
      • 计算机访问缓存协议有
        • MSI
        • MESI
        • MOSI
        • Synapse
        • Dragon
        • Protocol