虚拟机设计与实现 以JVM为例
| 作者 |
| 李晓峰（Xiao-Feng Li） |
| 丛书名 |
| 图灵程序设计丛书 |
| 出版社 |
| 人民邮电出版社 |
| ISBN |
| 9787115527288 |
| 简要 |
| 简介 |
| 内容简介书籍计算机书籍 本书从一位虚拟机（VM）架构师的角度，以易于理解、层层深入的方式介绍了各种主题和算法，尤其是不同VM通用的主要技术。这些算法用图示充分解释，用便于理解的代码片段实现，使得这些抽象概念对系统软件工程师而言具像化并可编程。书中还包括一些同类文献中较少涉及的主题，例如运行时辅助、栈展开和本地接口。本书集理论性与实践性于一身，不仅结合了高层设计功能与底层实现，而且还结合了高级主题与商业解决方案，是VM设计和工程实践方面的理想参考读物。 |
| 目录 |
| 第 一部分 虚拟机基础 第 1章 虚拟机简介 2 1.1 虚拟机类型 2 1.2 为什么需要虚拟机 3 1.3 虚拟机示例 4 1.3.1 JavaScript引擎 4 1.3.2 Perl引擎 5 1.3.3 Android Java VM 5 1.3.4 Apache Harmony 6 第 2章 虚拟机内部组成 7 2.1 虚拟机核心组件 7 2.1.1 加载器与动态链接器 7 2.1.2 执行引擎 8 2.1.3 内存管理器 8 2.1.4 线程调度器 9 2.1.5 语言扩展 9 2.1.6 传统模型与虚拟机模型 10 2.2 虚拟ISA 11 2.2.1 JVM 12 2.2.2 JVM与CLR 15 第3章 虚拟机中的数据结构 17 3.1 对象与类 17 3.2 对象表示 18 3.3 方法描述 18 第二部分 虚拟机设计 第4章 执行引擎设计 22 4.1 解释器 22 4.1.1 超级指令 23 4.1.2 选择性内联 23 4.2 JIT编译 23 4.2.1 基于方法的JIT 24 4.2.2 基于踪迹的JIT 26 4.2.3 基于区域的JIT 29 4.3 解释器与JIT编译器的关系 30 4.4 AOT编译 31 4.5 编译时与运行时 33 第5章 垃圾回收设计 37 5.1 对象生存期 37 5.2 引用计数 38 5.3 对象追踪 40 5.4 RC与对象追踪 42 5.5 GC安全点 43 5.6 常用追踪GC算法 45 5.6.1 标记清除 46 5.6.2 追踪复制 46 5.7 常用追踪GC变体 48 5.7.1 标记压缩 48 5.7.2 滑动压缩 48 5.7.3 追踪转发 49 5.7.4 标记复制 50 5.7.5 分代式GC 50 5.8 移动式GC与非移动式GC 53 5.8.1 数据局部性 53 5.8.2 跳增指针分配 53 5.8.3 空闲列表与分配位图 53 5.8.4 离散大小列表 54 5.8.5 标记位与分配位 54 5.8.6 线程局部分配 55 5.8.7 移动式GC与非移动式GC的混合 56 第6章 线程设计 58 6.1 什么是线程 58 6.2 内核线程与用户线程 59 6.3 VM线程到OS线程的映射 61 6.4 同步构件 63 6.5 monitor 65 6.5.1 互斥 65 6.5.2 条件变量 66 6.5.3 monitorenter 66 6.5.4 monitorexit 69 6.5.5 Object.wait() 71 6.5.6 Object.notify() 71 6.6 原子 73 6.7 monitor与原子 75 6.7.1 阻塞与非阻塞 75 6.7.2 中央控制点 75 6.7.3 锁与非锁 75 6.7.4 非阻塞之上的阻塞 76 6.8 回收器与修改器 77 6.9 线程局部数据 78 6.10 GC的线程暂停支持 81 6.10.1 GC安全点 81 6.10.2 GC安全区域 83 6.10.3 基于锁的安全点 86 6.10.4 回收中的线程交互 87 第三部分 虚拟机内部支持 第7章 本地接口 92 7.1 为何需要本地接口 92 7.2 从托管代码到本地代码的转换 93 7.2.1 本地方法封装 94 7.2.2 封装代码的GC支持 96 7.2.3 封装代码的同步支持 98 7.3 本地方法实现的绑定 99 7.4 本地代码到托管代码的转换 99 7.5 本地代码到本地代码的转换 102 7.5.1 通过JNI API的本地到本地转换 102 7.5.2 为什么在本地到本地转换中使用JNI API 105 第8章 栈展开 107 8.1 为何需要栈展开 107 8.2 Java方法帧的栈展开 108 8.2.1 栈展开设计 108 8.2.2 栈展开实现 110 8.3 本地方法帧的栈展开 112 8.3.1 栈展开设计 112 8.3.2 Java到本地封装设计 114 8.3.3 栈展开实现 116 8.3.4 本地帧与C帧 117 第9章 垃圾回收支持 119 9.1 为何需要垃圾回收支持 119 9.2 在Java代码中支持垃圾回收 121 9.2.1 GC-map 121 9.2.2 带寄存器的栈展开 124 9.3 在本地代码中支持垃圾回收 126 9.3.1 对象引用访问 127 9.3.2 对象句柄实现 129 9.3.3 GC安全性维护 132 9.3.4 对象体访问 133 9.3.5 对象分配 135 9.4 在同步方法中支持垃圾回收 136 9.4.1 同步Java方法 136 9.4.2 同步本地方法 138 9.5 Java与本地代码转换中的GC支持 140 9.5.1 本地到Java 140 9.5.2 Java到本地 142 9.5.3 本地到本地 142 9.6 全局根集 144 第 10章 运行时辅助 145 10.1 为何需要运行时辅助 145 10.2 带运行时辅助的VM服务设计 147 10.2.1 运行时辅助操作 147 10.2.2 运行时辅助实现 148 10.2.3 JNI API作为运行时辅助 150 10.3 没有运行时辅助的VM服务设计 151 10.3.1 运行时辅助的快速路径 153 10.3.2 快速路径VM服务编程 154 10.4 主要VM服务 154 第 11章 异常抛出 157 11.1 保存异常抛出上下文 157 11.1.1 VM保存的上下文 158 11.1.2 Linux中OS保存的上下文 158 11.1.3 Windows中OS保存的上下文 159 11.1.4 同步与异步异常 160 11.2 本地代码内与跨本地代码异常处理 161 11.2.1 本地代码内的异常处理 161 11.2.2 带异常Java代码返回到本地代码 162 11.2.3 带异常的本地代码返回到Java代码 166 11.3 保存栈轨迹 167 11.4 找到异常处理器 169 11.5 控制转移 172 11.5.1 控制转移操作 172 11.5.2 用于控制转移的寄存器 173 11.5.3 数据寄存器恢复 174 11.5.4 控制寄存器修正 176 11.5.5 执行恢复 176 11.5.6 未捕获异常 179 第 12章 终结与弱引用 180 12.1 终结 180 12.2 为何需要弱引用 182 12.3 对象生存期状态 184 12.3.1 对象状态转换 185 12.3.2 引用队列 187 12.3.3 引用对象状态转换 187 12.4 引用对象实现 189 12.5 引用对象处理顺序 191 第 13章 虚拟机模块化设计 194 13.1 VM组件 194 13.2 对象信息暴露 197 13.3 垃圾回收器接口 199 13.4 执行引擎接口 202 13.5 跨组件优化 203 第四部分 垃圾回收优化 第 14章 针对吞吐量的GC优化 208 14.1 部分堆回收与全堆回收之间的适应性调整 208 14.2 分代式与非分代式算法之间的适应性调整 213 14.3 堆的空间大小的适应性调整 217 14.3.1 空间大小扩展 218 14.3.2 NOS大小 219 14.3.3 部分转发NOS设计 221 14.3.4 半空间NOS设计 221 14.3.5 aged-mature NOS设计 223 14.3.6 回退回收 225 14.4 分配空间之间的适应性调整 225 14.5 大OS页与预取 230 第 15章 针对可扩展性的GC优化 232 15.1 回收阶段 232 15.2 并行对象图遍历 233 15.2.1 任务共享 234 15.2.2 工作偷取 234 15.2.3 任务推送 235 15.3 并行对象标记 238 15.4 并行压缩 239 15.4.1 并行LISP2压缩器 239 15.4.2 对象依赖树 241 15.4.3 带用于转发指针的目标表的压缩器 244 15.4.4 基于对象节的压缩器 246 15.4.5 单趟就地压缩器 247 第 16章 针对响应性的GC优化 249 16.1 区域式GC 249 16.2 并发追踪 252 16.2.1 起始快照 252 16.2.2 增量更新 256 16.2.3 用三色术语表示并发追踪 259 16.2.4 使用读屏障的并发追踪 260 16.3 并发根集枚举 261 16.3.1 并发根集枚举设计 262 16.3.2 在根集枚举过程中追踪堆 265 16.3.3 并发栈扫描 266 16.4 并发回收调度 267 16.4.1 调度并发根集枚举 267 16.4.2 调度并发堆追踪 269 16.4.3 并发回收调度 271 16.4.4 并发回收阶段转换 272 第 17章 并发移动式回收 277 17.1 并发复制：“目标空间不变” 277 17.1.1 基于槽位的“目标空间不变”算法 277 17.1.2 “目标空间不变”性 280 17.1.3 对象转发 282 17.1.4 基于对象的“目标空间不变”算法 283 17.1.5 基于虚拟内存的“目标空间不变”算法 285 17.2 并发复制：“当前副本不变” 286 17.2.1 对象移动风暴 286 17.2.2 “当前副本不变”设计 287 17.2.3 并发复制与并发堆追踪的关系 289 17.3 并发复制：“源空间不变” 292 17.3.1 “源空间不变”设计 292 17.3.2 部分转发“源空间不变”设计 294 17.4 无STW的完整并发移动 295 17.5 并发压缩回收 296 17.5.1 并发区域复制式回收 296 17.5.2 基于虚拟内存的并发压缩 299 第五部分 线程交互优化 第 18章 monitor性能优化 308 18.1 惰性锁 308 18.2 瘦锁 310 18.2.1 瘦锁锁定路径 310 18.2.2 瘦锁解锁路径 313 18.2.3 竞争标志重置支持 316 18.3 胖锁 318 18.3.1 整合monitor数据结构 318 18.3.2 交由OS来支持 319 18.3.3 瘦锁膨胀为胖锁 321 18.3.4 休眠等待被竞争瘦锁 324 18.4 Tasuki锁 327 18.4.1 将同一个胖锁monitor用于竞争控制 327 18.4.2 胖锁收缩为瘦锁 331 18.5 线程局部锁 334 18.5.1 锁保留 335 18.5.2 线程亲密锁 339 第 19章 基于硬件事务内存的设计 346 19.1 硬件事务内存 346 19.1.1 从事务数据库到事务内存 346 19.1.2 Intel的HTM实现 347 19.2 使用HTM的monitor实现 348 19.2.1 基于HTM的monitor的正确性问题 349 19.2.2 基于HTM的monitor的性能问题 352 19.3 使用HTM的并发垃圾回收 355 19.3.1 GC中HTM的机会 355 19.3.2 复制式回收 357 19.3.3 压缩式回收 360 参考文献 364 |
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