虚拟机设计与实现 以JVM为例 李晓峰 著 单业 译 专业科技 文轩网

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
1.3.1JavaScript引擎 4
1.3.2Perl引擎 5
1.3.3AndroidJavaVM 5
1.3.4ApacheHarmony 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
2.2.1JVM 12
2.2.2JVM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
4.2JIT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
4.4AOT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
5.4RC与对象追踪 42
5.5GC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
6.3VM线程到OS线程的映射 61
6.4同步构件 63
6.5monitor 65
6.5.1互斥 65
6.5.2条件变量 66
6.5.3monitorenter 66
6.5.4monitorexit 69
6.5.5Object.wait() 71
6.5.6Object.notify() 71
6.6原子 73
6.7monitor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
6.10GC的线程暂停支持 81
6.10.1GC安全点 81
6.10.2GC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JNIAPI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JNIAPI 105
第8章栈展开 107
8.1为何需要栈展开 107
8.2Java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
8.3.2Java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
9.2.1GC-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
9.3.3GC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
9.5Java与本地代码转换中的GC支持 140
9.5.1本地到Java 140
9.5.2Java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
10.2.3JNIAPI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
11.1.1VM保存的上下文 158
11.1.2Linux中OS保存的上下文 158
11.1.3Windows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
13.1VM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
14.3.2NOS大小 219
14.3.3部分转发NOS设计 221
14.3.4半空间NOS设计 221
14.3.5aged-matureNOS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
18.4Tasuki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
19.1.2Intel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
19.3.1GC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