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，本书主要包含三大部分——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。

作品目录

第1章 Java虚拟机概述 1
1.1 从机器语言到Java——詹爷，你好 1
1.2 兼容的选择：一场生产力的革命 6
1.3 中间语言翻译 10
1.3.1 从中间语言翻译到机器码 11
1.3.2 通过C程序翻译 11
1.3.3 直接翻译为机器码 13
1.3.4 本地编译 16
1.4 神奇的指令 18
1.4.1 常见汇编指令 20
1.4.2 JVM指令 21
1.5 本章总结 24
第2章 Java执行引擎工作原理：方法调用 25
2.1 方法调用 26
2.1.1 真实的机器调用 26
2.1.2 C语言函数调用 41
2.2 JVM的函数调用机制 47
2.3 函数指针 53
2.4 CallStub函数指针定义 60
2.5 _call_stub_entry例程 72
2.6 本章总结 115
第3章 Java数据结构与面向对象 117
3.1 从Java算法到数据结构 118
3.2 数据类型简史 122
3.3 Java数据结构之偶然性 129
3.4 Java类型识别 132
3.4.1 class字节码概述 133
3.4.2 魔数与JVM内部的int类型 136
3.4.3 常量池与JVM内部对象模型 137
3.5 大端与小端 143
3.5.1 大端和小端的概念 146
3.5.2 大小端产生的本质原因 148
3.5.3 大小端验证 149
3.5.4 大端和小端产生的场景 151
3.5.5 如何解决字节序反转 154
3.5.6 大小端问题的避免 156
3.5.7 JVM对字节码文件的大小端处理 156
3.6 本章总结 159
第4章 Java字节码实战 161
4.1 字节码格式初探 161
4.1.1 准备测试用例 162
4.1.2 使用javap命令分析字节码文件 162
4.1.3 查看字节码二进制 165
4.2 魔数与版本 166
4.2.1 魔数 168
4.2.2 版本号 168
4.3 常量池 169
4.3.1 常量池的基本结构 169
4.3.2 JVM所定义的11种常量 170
4.3.3 常量池元素的复合结构 170
4.3.4 常量池的结束位置 172
4.3.5 常量池元素总数量 172
4.3.6 第一个常量池元素 173
4.3.7 第二个常量池元素 174
4.3.8 父类常量 174
4.3.9 变量型常量池元素 175
4.4 访问标识与继承信息 177
4.4.1 access_flags 177
4.4.2 this_class 178
4.4.3 super_class 179
4.4.4 interface 179
4.5 字段信息 180
4.5.1 fields_count 180
4.5.2 field_info fields[fields_count] 181
4.6 方法信息 185
4.6.1 methods_count 185
4.6.2 method_info methods[methods_count] 185
4.7 本章回顾 205
第5章 常量池解析 206
5.1 常量池内存分配 208
5.1.1 常量池内存分配总体链路 209
5.1.2 内存分配 215
5.1.3 初始化内存 223
5.2 oop-klass模型 224
5.2.1 两模型三维度 225
5.2.2 体系总览 227
5.2.3 oop体系 229
5.2.4 klass体系 231
5.2.5 handle体系 234
5.2.6 oop、klass、handle的相互转换 239
5.3 常量池klass模型（1） 244
5.3.1 klassKlass实例构建总链路 246
5.3.2 为klassOop申请内存 249
5.3.3 klassOop内存清零 253
5.3.4 初始化mark 253
5.3.5 初始化klassOop._metadata 258
5.3.6 初始化klass 259
5.3.7 自指 260
5.4 常量池klass模型（2） 261
5.4.1 constantPoolKlass模型构建 261
5.4.2 constantPoolOop与klass 264
5.4.3 klassKlass终结符 267
5.5 常量池解析 267
5.5.1 constantPoolOop域初始化 268
5.5.2 初始化tag 269
5.5.3 解析常量池元素 271
5.6 本章总结 279
第6章 类变量解析 280
6.1 类变量解析 281
6.2 偏移量 285
6.2.1 静态变量偏移量 285
6.2.2 非静态变量偏移量 287
6.2.3 Java字段内存分配总结 312
6.3 从源码看字段继承 319
6.3.1 字段重排与补白 319
6.3.2 private字段可被继承吗 325
6.3.3 使用HSDB验证字段分配与继承 329
6.3.4 引用类型变量内存分配 338
6.4 本章总结 342
第7章 Java栈帧 344
7.1 entry_point例程生成 345
7.2 局部变量表创建 352
7.2.1 constMethod的内存布局 352
7.2.2 局部变量表空间计算 356
7.2.3 初始化局部变量区 359
7.3 堆栈与栈帧 368
7.3.1 栈帧是什么 368
7.3.2 硬件对堆栈的支持 387
7.3.3 栈帧开辟与回收 390
7.3.4 堆栈大小与多线程 391
7.4 JVM的栈帧 396
7.4.1 JVM栈帧与大小确定 396
7.4.2 栈帧创建 399
7.4.3 局部变量表 421
7.5 栈帧深度与slot复用 433
7.6 最大操作数栈与操作数栈复用 436
7.7 本章总结 439
第8章 类方法解析 440
8.1 方法签名解析与校验 445
8.2 方法属性解析 447
8.2.1 code属性解析 447
8.2.2 LVT&LVTT 449
8.3 创建methodOop 455
8.4 Java方法属性复制 459
8.5 与 461
8.6 查看运行时字节码指令 482
8.7 vtable 489
8.7.1 多态 489
8.7.2 C++中的多态与vtable 491
8.7.3 Java中的多态实现机制 493
8.7.4 vtable与invokevirtual指令 500
8.7.5 HSDB查看运行时vtable 502
8.7.6 miranda方法 505
8.7.7 vtable特点总结 508
8.7.8 vtable机制逻辑验证 509
8.8 本章总结 511
第9章 执行引擎 513
9.1 执行引擎概述 514
9.2 取指 516
9.2.1 指令长度 519
9.2.2 JVM的两级取指机制 527
9.2.3 取指指令放在哪 532
9.2.4 程序计数器在哪里 534
9.3 译码 535
9.3.1 模板表 535
9.3.2 汇编器 540
9.3.3 汇编 549
9.4 栈顶缓存 558
9.5 栈式指令集 565
9.6 操作数栈在哪里 576
9.7 栈帧重叠 581
9.8 entry_point例程机器指令 586
9.9 执行引擎实战 588
9.9.1 一个简单的例子 588
9.9.2 字节码运行过程分析 590
9.10 字节码指令实现 597
9.10.1 iconst_3 598
9.10.2 istore_0 599
9.10.3 iadd 600
9.11 本章总结 601
第10章 类的生命周期 602
10.1 类的生命周期概述 602
10.2 类加载 605
10.2.1 类加载——镜像类与静态字段 611
10.2.2 Java主类加载机制 617
10.2.3 类加载器的加载机制 622
10.2.4 反射加载机制 623
10.2.5 import与new指令 624
10.3 类的初始化 625
10.4 类加载器 628
10.4.1 类加载器的定义 628
10.4.2 系统类加载器与扩展类加载器创建 634
10.4.3 双亲委派机制与破坏 636
10.4.4 预加载 638
10.4.5 引导类加载 640
10.4.6 加载、链接与延迟加载 641
10.4.7 父加载器 645
10.4.8 加载器与类型转换 648
10.5 类实例分配 649
10.5.1 栈上分配与逃逸分析 652
10.5.2 TLAB 655
10.5.3 指针碰撞与eden区分配 657
10.5.4 清零 658
10.5.5 偏向锁 658
10.5.6 压栈与取指 659
10.6 本章总结 661
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精彩摘录

注意，第一条机器码指令是“mov-0x4(%edi),%eax”，机器码果然从edi奇存器所指的下一个4字节的位置开始读取局部变量表中的long类型的数据，并将其保存到eax奇存器中。由于在32位平台上，一次mov指令最大只能传送4字节数据，因此这里对于long类型的数据连续使用了2条mov指令，连续读取2个4字节数据并分别保存到eax与ebx寄存器中。这里其实是使用了栈顶缓存技术，这里暂且不表

——引自章节：7.4.3局部变量表 421

iload_1iload_2这两条字节码指令分别将局部变量表的第1个槽位和第2个槽位的数据推送至表达式栈栈顶(槽位起始编号从0开始).第1和第2个槽位上所保存的数据.正是add()方法的两个参数x和y.很显然,第一个槽位上所保存的数据是this指针.更加显然的是,JVM内部的局部变量表的确包含了入参.

——引自章节：7.2.2局部变量表空间计算 356