虛擬機設計與實現以JVM為例

《虛擬機設計與實現以JVM為例》是2020年人民郵電出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：虛擬機設計與實現以JVM為例
• 作者：[中]李曉峰（Xiao-Feng Li）
• 出版時間：2020年1月1日
• 出版社：人民郵電出版社
• ISBN：9787115527288
• 開本：16 開
• 裝幀：平裝

內容簡介

本書從一位虛擬機（VM）架構師的角度，以易於理解、層層深入的方式介紹了各種主題和算法，尤其是不同VM通用的主要技術。這些算法用圖示充分解釋，用便於理解的代碼片段實現，使得這些抽象概念對系統軟體工程師而言具像化並可程式。書中還包括一些同類文獻中較少涉及的主題，例如運行時輔助、棧展開和本地接口。本書集理論性與實踐性於一身，不僅結合了高層設計功能與底層實現，而且還結合了高級主題與商業解決方案，是VM設計和工程實踐方面的理想參考讀物。

圖書目錄

第 一部分 虛擬機基礎

第 1章 虛擬機簡介　2

1．1 虛擬機類型　2

1．2 為什麼需要虛擬機　3

1．3 虛擬機示例　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 虛擬機內部組成　7

2．1 虛擬機核心組件　7

2．1．1 載入器與動態連結器　7

2．1．2 執行引擎　8

2．1．3 記憶體管理器　8

2．1．4 執行緒調度器　9

2．1．5 語言擴展　9

2．1．6 傳統模型與虛擬機模型　10

2．2 虛擬ISA　11

2．2．1 JVM　12

2．2．2 JVM與CLR　15

第3章 虛擬機中的數據結構　17

3．1 對象與類　17

3．2 對象表示　18

3．3 方法描述　18

第二部分 虛擬機設計

第4章 執行引擎設計　22

4．1 解釋器　22

4．1．1 超級指令　23

4．1．2 選擇性內聯　23

4．2 JIT編譯　23

4．2．1 基於方法的JIT　24

4．2．2 基於蹤跡的JIT　26

4．2．3 基於區域的JIT　29

4．3 解釋器與JIT編譯器的關係　30

4．4 AOT編譯　31

4．5 編譯時與運行時　33

第5章 垃圾回收設計　37

5．1 對象生存期　37

5．2 引用計數　38

5．3 對象追蹤　40

5．4 RC與對象追蹤　42

5．5 GC安全點　43

5．6 常用追蹤GC算法　45

5．6．1 標記清除　46

5．6．2 追蹤複製　46

5．7 常用追蹤GC變體　48

5．7．1 標記壓縮　48

5．7．2 滑動壓縮　48

5．7．3 追蹤轉發　49

5．7．4 標記複製　50

5．7．5 分代式GC　50

5．8 移動式GC與非移動式GC　53

5．8．1 數據局部性　53

5．8．2 跳增指針分配　53

5．8．3 空閒列表與分配點陣圖　53

5．8．4 離散大小列表　54

5．8．5 標記位與分配位　54

5．8．6 執行緒局部分配　55

5．8．7 移動式GC與非移動式GC的混合　56

第6章 執行緒設計　58

6．1 什麼是執行緒　58

6．2 核心執行緒與用戶執行緒　59

6．3 VM執行緒到OS執行緒的映射　61

6．4 同步構件　63

6．5 monitor　65

6．5．1 互斥　65

6．5．2 條件變數　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與原子　75

6．7．1 阻塞與非阻塞　75

6．7．2 中央控制點　75

6．7．3 鎖與非鎖　75

6．7．4 非阻塞之上的阻塞　76

6．8 回收器與修改器　77

6．9 執行緒局部數據　78

6．10 GC的執行緒暫停支持　81

6．10．1 GC安全點　81

6．10．2 GC安全區域　83

6．10．3 基於鎖的安全點　86

6．10．4 回收中的執行緒互動　87

第三部分 虛擬機內部支持

第7章 本地接口　92

7．1 為何需要本地接口　92

7．2 從託管代碼到本地代碼的轉換　93

7．2．1 本地方法封裝　94

7．2．2 封裝代碼的GC支持　96

7．2．3 封裝代碼的同步支持　98

7．3 本地方法實現的綁定　99

7．4 本地代碼到託管代碼的轉換　99

7．5 本地代碼到本地代碼的轉換　102

7．5．1 通過JNI API的本地到本地轉換　102

7．5．2 為什麼在本地到本地轉換中使用JNI API　105

第8章 棧展開　107

8．1 為何需要棧展開　107

8．2 Java方法幀的棧展開　108

8．2．1 棧展開設計　108

8．2．2 棧展開實現　110

8．3 本地方法幀的棧展開　112

8．3．1 棧展開設計　112

8．3．2 Java到本地封裝設計　114

8．3．3 棧展開實現　116

8．3．4 本地幀與C幀　117

第9章 垃圾回收支持　119

9．1 為何需要垃圾回收支持　119

9．2 在Java代碼中支持垃圾回收　121

9．2．1 GC-map　121

9．2．2 帶暫存器的棧展開　124

9．3 在本地代碼中支持垃圾回收　126

9．3．1 對象引用訪問　127

9．3．2 對象句柄實現　129

9．3．3 GC安全性維護　132

9．3．4 對象體訪問　133

9．3．5 對象分配　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與本地代碼轉換中的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 運行時輔助　145

10．1 為何需要運行時輔助　145

10．2 帶運行時輔助的VM服務設計　147

10．2．1 運行時輔助操作　147

10．2．2 運行時輔助實現　148

10．2．3 JNI API作為運行時輔助　150

10．3 沒有運行時輔助的VM服務設計　151

10．3．1 運行時輔助的快速路徑　153

10．3．2 快速路徑VM服務編程　154

10．4 主要VM服務　154

第 11章 異常拋出　157

11．1 保存異常拋出上下文　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 同步與異步異常　160

11．2 本地代碼內與跨本地代碼異常處理　161

11．2．1 本地代碼內的異常處理　161

11．2．2 帶異常Java代碼返回到本地代碼　162

11．2．3 帶異常的本地代碼返回到Java代碼　166

11．3 保存棧軌跡　167

11．4 找到異常處理器　169

11．5 控制轉移　172

11．5．1 控制轉移操作　172

11．5．2 用於控制轉移的暫存器　173

11．5．3 數據暫存器恢復　174

11．5．4 控制暫存器修正　176

11．5．5 執行恢復　176

11．5．6 未捕獲異常　179

第 12章 終結與弱引用　180

12．1 終結　180

12．2 為何需要弱引用　182

12．3 對象生存期狀態　184

12．3．1 對象狀態轉換　185

12．3．2 引用佇列　187

12．3．3 引用對象狀態轉換　187

12．4 引用對象實現　189

12．5 引用對象處理順序　191

第 13章 虛擬機模組化設計　194

13．1 VM組件　194

13．2 對象信息暴露　197

13．3 垃圾回收器接口　199

13．4 執行引擎接口　202

13．5 跨組件最佳化　203

第四部分 垃圾回收最佳化

第 14章 針對吞吐量的GC最佳化　208

14．1 部分堆回收與全堆回收之間的適應性調整　208

14．2 分代式與非分代式算法之間的適應性調整　213

14．3 堆的空間大小的適應性調整　217

14．3．1 空間大小擴展　218

14．3．2 NOS大小　219

14．3．3 部分轉發NOS設計　221

14．3．4 半空間NOS設計　221

14．3．5 aged-mature NOS設計　223

14．3．6 回退回收　225

14．4 分配空間之間的適應性調整　225

14．5 大OS頁與預取　230

第 15章 針對可擴展性的GC最佳化　232

15．1 回收階段　232

15．2 並行對象圖遍歷　233

15．2．1 任務共享　234

15．2．2 工作偷取　234

15．2．3 任務推送　235

15．3 並行對象標記　238

15．4 並行壓縮　239

15．4．1 並行LISP2壓縮器　239

15．4．2 對象依賴樹　241

15．4．3 帶用於轉發指針的目標表的壓縮器　244

15．4．4 基於對象節的壓縮器　246

15．4．5 單趟就地壓縮器　247

第 16章 針對回響性的GC最佳化　249

16．1 區域式GC　249

16．2 並發追蹤　252

16．2．1 起始快照　252

16．2．2 增量更新　256

16．2．3 用三色術語表示並發追蹤　259

16．2．4 使用讀屏障的並發追蹤　260

16．3 並髮根集枚舉　261

16．3．1 並髮根集枚舉設計　262

16．3．2 在根集枚舉過程中追蹤堆　265

16．3．3 並發棧掃描　266

16．4 並發回收調度　267

16．4．1 調度並髮根集枚舉　267

16．4．2 調度並發堆追蹤　269

16．4．3 並發回收調度　271

16．4．4 並發回收階段轉換　272

第 17章 並發移動式回收　277

17．1 並發複製：“目標空間不變”　277

17．1．1 基於槽位的“目標空間不變”算法　277

17．1．2 “目標空間不變”性　280

17．1．3 對象轉發　282

17．1．4 基於對象的“目標空間不變”算法　283

17．1．5 基於虛擬記憶體的“目標空間不變”算法　285

17．2 並發複製：“當前副本不變”　286

17．2．1 對象移動風暴　286

17．2．2 “當前副本不變”設計　287

17．2．3 並發複製與並發堆追蹤的關係　289

17．3 並發複製：“源空間不變”　292

17．3．1 “源空間不變”設計　292

17．3．2 部分轉發“源空間不變”設計　294

17．4 無STW的完整並發移動　295

17．5 並發壓縮回收　296

17．5．1 並發區域複製式回收　296

17．5．2 基於虛擬記憶體的並發壓縮　299

第五部分 執行緒互動最佳化

第 18章 monitor性能最佳化　308

18．1 惰性鎖　308

18．2 瘦鎖　310

18．2．1 瘦鎖鎖定路徑　310

18．2．2 瘦鎖解鎖路徑　313

18．2．3 競爭標誌重置支持　316

18．3 胖鎖　318

18．3．1 整合monitor數據結構　318

18．3．2 交由OS來支持　319

18．3．3 瘦鎖膨脹為胖鎖　321

18．3．4 休眠等待被競爭瘦鎖　324

18．4 Tasuki鎖　327

18．4．1 將同一個胖鎖monitor用於競爭控制　327

18．4．2 胖鎖收縮為瘦鎖　331

18．5 執行緒局部鎖 334

18．5．1 鎖保留　335

18．5．2 執行緒親密鎖　339

第 19章 基於硬體事務記憶體的設計　346

19．1 硬體事務記憶體　346

19．1．1 從事務資料庫到事務記憶體　346

19．1．2 Intel的HTM實現　347

19．2 使用HTM的monitor實現　348

19．2．1 基於HTM的monitor的正確性問題　349

19．2．2 基於HTM的monitor的性能問題　352

19．3 使用HTM的並發垃圾回收　355

19．3．1 GC中HTM的機會　355

19．3．2 複製式回收　357

19．3．3 壓縮式回收　360

參考文獻　364

作者簡介

李曉峰（Xiao-Feng Li）

長期從事系統軟體的研究與開發，在並行計算、作業系統、編譯器和語言設計方面有著豐富的技術經驗。Apache Harmony JVM的主要貢獻者，所創建的一個微核心VM被發展為Intel Micro Runtime。目前在一家大型科技公司任技術副總裁，致力於定義和開發基於移動和智慧型設備的下一代分散式作業系統。擁有計算機科學博士學位，在閒暇時熱衷於人機互動方式的探索。

【譯者簡介】

單業

計算機專業碩士，軟體工程師，曾供職於多家軟體公司，從事軟體開發工作，現居於上海。譯有《你不知道的JavaScript》中卷及下卷。