深入java虚拟机第二版.pdf-杰瑞科技汇

这本书是Java开发者,尤其是对底层原理、性能优化和问题排查感兴趣的程序员，公认的“圣经”级著作，第二版在第一版的基础上，全面升级以适配Java 7及更高版本，内容更加详实和前沿。

（图片来源网络，侵删）

下面我将从几个方面为你全面解析这本书。

书籍核心价值与定位

这本书的核心价值在于“打通Java应用的任督二脉”，它不像一本语法书或API手册，而是深入到Java程序运行的底层——Java虚拟机，解释了代码从编译到最终在内存中执行的全过程。

定位读者：

有一定Java开发经验,希望知其所以然的程序员。
希望解决线上性能问题、排查内存溢出等疑难杂症的开发工程师和运维人员。
准备Java高级面试（尤其是大厂）的开发者。
对JVM原理、内存模型、垃圾回收等技术有浓厚兴趣的学习者。

结构与精要解析

非常系统,可以大致分为以下几个核心模块：

（图片来源网络，侵删）

Java内存区与数据区

这是JVM的基石,理解了内存布局，就理解了Java程序的“家”是什么样的。

运行时数据区：
- 程序计数器: 当前线程所执行的字节码行号指示器，是唯一一个在《Java虚拟机规范》中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。
- Java虚拟机栈: 线程私有，生命周期与线程相同，描述的是Java方法的内存模型，每个方法在执行时都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 都可能发生。
- 本地方法栈: 与虚拟机栈类似，但它为native方法服务。
- Java堆: 这是最大的一块内存，所有线程共享。唯一的 purpose 就是存放对象实例，几乎所有对象的实例以及数组都在这里分配内存，是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被称为“GC堆”。OutOfMemoryError 主要发生在这里。
- 方法区: 各线程共享的区域，用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据，在JDK 1.8及之后，方法区被元空间取代，使用本地内存，解决了方法区的内存溢出问题。

精要： 这部分是理解内存溢出、内存泄漏的基础，面试时，栈和堆的区别、栈溢出和堆溢出的原因是必考题。

垃圾收集机制

这是JVM最核心、最复杂的部分，也是性能优化的关键。

判断对象是否可回收：
- 引用计数法： 简单但有循环引用问题，主流JVM已不用。
- 可达性分析算法： 从一系列称为“GC Roots”的对象（如虚拟机栈中引用的对象、方法区类静态属性等）出发，搜索所有可达的对象，不可达的即被视为可回收。
垃圾收集算法：
- 标记-清除: 效率高，但会产生内存碎片。
- 标记-复制: 简单高效，无碎片，但内存空间折半。
- 标记-整理: 结合了前两者的优点，但效率较低，适用于老年代。
垃圾收集器：
- Serial / ParNew: 新生代收集器，单线程/多线程，STW（Stop-The-World）时间长。
- Parallel Scavenge: 新生代并行收集器，关注吞吐量。
- CMS: 老年代并发收集器，以获取最短回收停顿时间为目标，但会产生碎片。
- G1: 里程碑式的收集器，面向服务端，将堆划分为多个大小相等的独立区域，能预测停顿时间模型，兼顾吞吐量和低延迟。
- ZGC / Shenandoah: 超低延迟的垃圾收集器，STW时间控制在毫秒甚至亚毫秒级别。

精要： 这部分需要理解不同收集器的适用场景、优缺点和参数调优，面试中，GC Roots有哪些？G1和CMS的区别？什么是STW？是高频考点。

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字节码与类加载机制

这部分解释了Java“一次编写，到处运行”的魔法。

类加载过程：
1. 加载: 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
2. 连接:
  - 验证: 确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求。
  - 准备: 为类的静态变量分配内存，并设置零值。
  - 解析: 将常量池内的符号引用替换为直接引用。
3. 初始化: 执行类构造器 <clinit>() 方法。
类加载器：
- 双亲委派模型： 这是最重要的设计，除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器，类加载器收到加载请求时，首先尝试将其委派给父类加载器完成，这个机制可以保证Java核心库的类型安全，防止核心API被篡改。

精要： 理解双亲委派模型及其打破的场景（如Tomwar、热部署工具）非常重要。类加载、链接、初始化的时机也是面试常客。

程序编译与代码优化

这部分介绍了从.java到.class再到机器码的优化过程。

即时编译器：
- 解释执行和编译执行的共存关系。
- C1（Client Compiler） 和 C2（Server Compiler） 的区别。
- 编译优化技术,如方法内联、逃逸分析、标量替换等。
前端编译与后端编译：
- 前端编译：.java -> .class（javac）。
- 后端编译：.class -> 机器码（JIT）。

精要： 理解JIT如何通过热点代码分析来提升程序性能，有助于写出更“JIT友好”的代码。

高效并发

这部分深入Java并发编程的底层原理。

Java内存模型： 它不是物理内存模型，而是一组规则，定义了线程间共享变量的访问规则，解决了在并发下，原子性、可见性、有序性问题。
volatile关键字： 轻量级的同步机制，保证可见性和禁止指令重排序。
synchronized关键字： 实现原子性的重量级锁。
锁优化：
- 锁偏向： 无锁竞争时，减少CAS操作。
- 轻量级锁： 竞争不激烈时，通过自旋避免线程阻塞。
- 自旋锁： 让线程执行一个忙循环（自旋）而不是挂起。
- 锁消除： 通过逃逸分析，判断锁对象不可能被其他线程访问，从而消除锁。
- 锁粗化： 将多个连续的锁操作合并为一个，减少频繁的锁获取和释放。

精要： 这部分是Java并发编程的“内功”，理解JMM和锁优化机制，能帮助你写出更健壮、更高性能的并发程序。

如何高效阅读这本书？

这本书比较厚重,理论性强，直接通读可能会觉得枯燥，建议采用以下策略：

带着问题去读： 不要为了读而读，先想想你日常开发中遇到的困惑：
- 为什么我的程序时不时就会卡顿一下？
- OutOfMemoryError 到底是什么原因？如何排查？
- synchronized 和 volatile 有什么区别？底层实现是什么？
- 我写的代码在JVM里到底是怎么执行的？
- 然后带着这些问题去书中寻找答案。
理论与实践结合：
- 动手实验： 书中很多章节都提到了JVM工具，一定要亲自尝试！
  - jps: 查看所有Java进程。
  - jstat: 监视虚拟机各种运行状态信息。
  - jmap: 生成堆转储快照，分析内存泄漏。
  - jhat: 分析 jmap 生成的文件。
  - jstack: 查看Java线程堆栈，定位死锁等问题。
  - jinfo: 查看和修改虚拟机配置参数。
- 搭建实验环境： 准备一个简单的Java程序，故意制造内存溢出、死锁等问题，然后用这些工具去分析，你会对书中的概念有更直观的认识。
先框架，后细节：
- 第一遍阅读时,可以跳过一些过于底层的实现细节，先抓住各个模块的核心思想和大致框架，先理解G1收集器的设计理念是“分区”，再去研究它的具体算法。
- 之后再进行精读,深入到算法、数据结构和具体实现。
做笔记，画图：
- JVM的很多概念（如内存布局、GC流程、类加载过程）都非常适合用图来表示，亲手画一遍，远比只看别人的图印象深刻。
- 将重要的概念、参数、命令整理成笔记，方便日后查阅。

《深入理解Java虚拟机（第二版）》是一本需要反复咀嚼的经典之作，它不仅为你提供了排查疑难杂症的“利器”，更重要的是，它重塑了你的编程思维，让你在写每一行代码时，都能联想到它在JVM中的生命周期和运行成本。

阅读这本书，你将收获：

知其然，更知其所以然： 彻底理解Java语言的底层实现。
强大的问题排查能力： 轻松应对线上OOM、CPU飙高等棘手问题。
深度的性能优化能力： 从JVM层面写出更高性能的代码。
扎实的面试功底： 在技术面试中脱颖而出。

虽然阅读过程有一定挑战,但只要你坚持下去，必将打开通往Java高手的大门，祝你阅读愉快！

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