前言

Java是一门流行多年的高级编程语言，与其相关的就业岗位很多，但是最近几年却出现了用人单位招不到合适的人，而大量Java程序员找不到工作的尴尬局面。究其根本原因是岗位对Java开发技术的要求高，不但要会应用，而且更要懂其内部的运行原理。对于想要深入研究Java技术的从业人员来说，虚拟机是绕不开的话题。目前国内市场上还鲜见一本全面、细致、深入剖析Java虚拟机源码的书籍，这正是本书要填补的市场空白

本书着重于Java虚拟机HotSpot的源码分析。开篇先从源码的构建开始讲解，然后逐步深入介绍HotSpot的类的加载机制、对象的二分模型和Serial垃圾收集器等相关知识。本书内容丰富，讲解循序渐进，除了翔实的源码剖析外，还结合大量图示和实例帮助读者深入理解相关知识，对于想对Java虚拟机底层技术感兴趣的开发人员有较高的参考价值。

第1章认识HotSpot VM

目前主流的Java虚拟机包括HotSpot、J9和Zing等，其中，HotSpot是目前使用范围最广的虚拟机。本书将针对HotSpot虚拟机的实现原理进行详细介绍。

第2章二分模型

HotSpot采用oop-Klass模型表示Java的对象和类。oop（ordinary object pointer）指普通的对象指针，Klass表示对象的具体类型。

为何要设计一个一分为二的对象模型呢？这是因为HotSpot的设计者不想让每个对象中都含有一个vtable（虚函数表），所以就把对象模型拆成Klass和oop。其中，oop中不含有任何虚函数，自然就没有虚函数表，而Klass中含有虚函数表，可以进行方法的分发。

第3章类的加载

第二章介绍了Java类在HotSpot VM中的表示，本章重点介绍类的加载过程。类的加载就是将Class文件加载到HotSpot VM的内存中，通过Klass和ConstantPool等实例保存Class文件中的元数据信息，以方便虚拟机运行Java方法，并执行反射等操作。

第4章类与常量池的解析

第3章在介绍类的双亲委派机制时，多次涉及对ClassFileParser类中的parseClassFile()函数的调用。因为类的加载不仅仅是找到类对应的Class文件，更要解析出Class文件中包含的信息，然后将其转换为HotSpot VM的内部表示方式，这样虚拟机在运行的过程中才能方便地操作。

第5章字段的解析

在ClassfileParser::parseClassFile()函数中解析完常量池后，接着调用parser_fields()函数解析字段信息。代码如下：

源代码位置：openjdk/hotspot/src/share/vm/classfile/classFileParser.cpp
u2 java_fields_count = 0;
FieldAllocationCount fac;
Array<u2>* fields = parse_fields(class_name,access_flags.is_interface(),
&fac, &java_fields_count,
 CHECK_(nullHandle));

本章将详细介绍parse_fields()函数解析字段的具体实现过程。

第6章方法的解析

在ClassfileParser::parseClassFile()函数中解析完字段后，接着会调用parser_methods()函数解析Java中的方法。调用语句如下：

bool has_final_method = false;
AccessFlags promoted_flags;
promoted_flags.set_flags(0);
Array<Method*>* methods = parse_methods(access_flags.is_interface(),
 &promoted_flags,
 &has_final_method,
 &has_default_methods,
 CHECK_(nullHandle));

本章将详细介绍parse_methods()函数解析Java方法的过程。

第7章类的连接与初始化

类的生命周期可以分为5个阶段，分别为加载、连接、初始化、使用和卸载，如图所示。

类的加载过程包括加载、连接和初始化三个阶段。在第3章至第6章中已经介绍了加载阶段，此时已经成功将Class文件中的元数据信息转换成了C++内部的表示形式。本章将详细介绍类的连接和初始化阶段，类的连接具体包括对类的验证、准备和解释。

第8章运行时数据区

HotSpot VM在执行Java程序的过程中，为了满足各种不同需求会将内存划分为若干个不同的运行时数据区。主要的数据区有堆空间、栈空间和直接内存。本章将详细介绍这3个数据区。

第9章类对象的创建

类的生命周期可以分为5个阶段，分别为加载、连接、初始化、使用和卸载。前几章介绍了类的加载、连接和初始化阶段，本章将介绍类对象的创建、引用和回收过程。

第10章垃圾回收

HotSpot VM可以自动管理内存，它在内存中划出一块区域用来给Java程序分配内存，在释放时，通过垃圾收集器回收那些不再使用的对象，有效减轻了Java应用开发人员的负担，也避免了更多内存泄漏的风险。

本章将简单介绍HotSpot VM垃圾回收中涉及的算法与相关的垃圾收集器，不进行源代码分析，后几章会对HotSpot VM的垃圾回收及内存管理进行详细的源代码解读。另外，本章还会介绍安全点的相关知识，它是系统为了配合垃圾回收而做的工作，垃圾回收任务必须在安全点下执行内存回收。

第11章 Serial垃圾收集器

Serial收集器是一个单线程的收集器，采用“复制”算法。“单线程”并不是说只使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工作，而是指在进行垃圾收集时，必须暂停其他的工作线程，直到收集结束。本章将详细介绍Serial垃圾回收的具体实现过程。

第12章 Serial Old垃圾收集器

Serial Old垃圾收集器虽然是老年代收集器，但是在收集老年代对象的同时也会回收年轻代对象。Serial Old垃圾收集器所使用的垃圾回收算法是标记-压缩-清理算法。在回收阶段，

Serial Old垃圾收集器会将标记对象越过堆的空闲区移动到堆的另一端，所有被移动的对象的引用也会被更新并指向新的位置。本章将详细介绍各种阶段的实现过程。