虛擬機設(shè)計與實現(xiàn) 以JVM為例

第 一部分 虛擬機基礎(chǔ)
第 1章 虛擬機簡介　2
1．1 虛擬機類型　2
1．2 為什么需要虛擬機　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(nèi)部組成　7
2．1 虛擬機核心組件　7
2．1．1 加載器與動態(tài)鏈接器　7
2．1．2 執(zhí)行引擎　8
2．1．3 內(nèi)存管理器　8
2．1．4 線程調(diào)度器　9
2．1．5 語言擴展　9
2．1．6 傳統(tǒng)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　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(shè)計
第4章 執(zhí)行引擎設(shè)計　22
4．1 解釋器　22
4．1．1 超級指令　23
4．1．2 選擇性內(nèi)聯(lián)　23
4．2 JIT編譯　23
4．2．1 基于方法的JIT　24
4．2．2 基于蹤跡的JIT　26
4．2．3 基于區(qū)域的JIT　29
4．3 解釋器與JIT編譯器的關(guān)系　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(shè)計　37
5．1 對象生存期　37
5．2 引用計數(shù)　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 追蹤復(fù)制　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(zhuǎn)發(fā)　49
5．7．4 標記復(fù)制　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(shù)據(jù)局部性　53
5．8．2 跳增指針分配　53
5．8．3 空閑列表與分配位圖　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 線程局部分配　55
5．8．7 移動式GC與非移動式GC的混合　56
第6章 線程設(shè)計　58
6．1 什么是線程　58
6．2 內(nèi)核線程與用戶線程　59
6．3 VM線程到OS線程的映射　61
6．4 同步構(gòu)件　63
6．5 monitor　65
6．5．1 互斥　65
6．5．2 條件變量　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 線程局部數(shù)據(jù)　78
6．10 GC的線程暫停支持　81
6．10．1 GC安全點　81
6．10．2 GC安全區(qū)域　83
6．10．3 基于鎖的安全點　86
6．10．4 回收中的線程交互　87
第三部分 虛擬機內(nèi)部支持
第7章 本地接口　92
7．1 為何需要本地接口　92
7．2 從托管代碼到本地代碼的轉(zhuǎn)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(xiàn)的綁定　99
7．4 本地代碼到托管代碼的轉(zhuǎn)換　99
7．5 本地代碼到本地代碼的轉(zhuǎn)換　102
7．5．1 通過JNI API的本地到本地轉(zhuǎn)換　102
7．5．2 為什么在本地到本地轉(zhuǎn)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(shè)計　108
8．2．2 棧展開實現(xiàn)　110
8．3 本地方法幀的棧展開　112
8．3．1 棧展開設(shè)計　112
8．3．2 Java到本地封裝設(shè)計　114
8．3．3 棧展開實現(xiàn)　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 帶寄存器的棧展開　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(xiàn)　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(zhuǎn)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(wù)設(shè)計　147
10．2．1 運行時輔助操作　147
10．2．2 運行時輔助實現(xiàn)　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(wù)設(shè)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(wù)編程　154
10．4 主要VM服務(wù)　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?！?60
11．2 本地代碼內(nèi)與跨本地代碼異常處理　161
11．2．1 本地代碼內(nèi)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(zhuǎn)移　172
11．5．1 控制轉(zhuǎn)移操作　172
11．5．2 用于控制轉(zhuǎn)移的寄存器　173
11．5．3 數(shù)據(jù)寄存器恢復(fù)　174
11．5．4 控制寄存器修正　176
11．5．5 執(zhí)行恢復(fù)　176
11．5．6 未捕獲異常　179
第 12章 終結(jié)與弱引用　180
12．1 終結(jié)　180
12．2 為何需要弱引用　182
12．3 對象生存期狀態(tài)　184
12．3．1 對象狀態(tài)轉(zhuǎn)換　185
12．3．2 引用隊列　187
12．3．3 引用對象狀態(tài)轉(zhuǎn)換　187
12．4 引用對象實現(xiàn)　189
12．5 引用對象處理順序　191
第 13章 虛擬機模塊化設(shè)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(zhí)行引擎接口　202
13．5 跨組件優(yōu)化　203
第四部分 垃圾回收優(yōu)化
第 14章 針對吞吐量的GC優(yōu)化　208
14．1 部分堆回收與全堆回收之間的適應(yīng)性調(diào)整　208
14．2 分代式與非分代式算法之間的適應(yīng)性調(diào)整　213
14．3 堆的空間大小的適應(yīng)性調(diào)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(zhuǎn)發(fā)NOS設(shè)計　221
14．3．4 半空間NOS設(shè)計　221
14．3．5 aged-mature NOS設(shè)計　223
14．3．6 回退回收　225
14．4 分配空間之間的適應(yīng)性調(diào)整　225
14．5 大OS頁與預(yù)取　230
第 15章 針對可擴展性的GC優(yōu)化　232
15．1 回收階段　232
15．2 并行對象圖遍歷　233
15．2．1 任務(wù)共享　234
15．2．2 工作偷取　234
15．2．3 任務(wù)推送　235
15．3 并行對象標記　238
15．4 并行壓縮　239
15．4．1 并行LISP2壓縮器　239
15．4．2 對象依賴樹　241
15．4．3 帶用于轉(zhuǎn)發(fā)指針的目標表的壓縮器　244
15．4．4 基于對象節(jié)的壓縮器　246
15．4．5 單趟就地壓縮器　247
第 16章 針對響應(yīng)性的GC優(yōu)化　249
16．1 區(qū)域式GC　249
16．2 并發(fā)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(shù)語表示并發(fā)追蹤　259
16．2．4 使用讀屏障的并發(fā)追蹤　260
16．3 并發(fā)根集枚舉　261
16．3．1 并發(fā)根集枚舉設(shè)計　262
16．3．2 在根集枚舉過程中追蹤堆　265
16．3．3 并發(fā)棧掃描　266
16．4 并發(fā)回收調(diào)度　267
16．4．1 調(diào)度并發(fā)根集枚舉　267
16．4．2 調(diào)度并發(fā)堆追蹤　269
16．4．3 并發(fā)回收調(diào)度　271
16．4．4 并發(fā)回收階段轉(zhuǎn)換　272
第 17章 并發(fā)移動式回收　277
17．1 并發(fā)復(fù)制：“目標空間不變”　277
17．1．1 基于槽位的“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(zhuǎn)發(fā)　282
17．1．4 基于對象的“目標空間不變”算法　283
17．1．5 基于虛擬內(nèi)存的“目標空間不變”算法　285
17．2 并發(fā)復(fù)制：“當(dāng)前副本不變”　286
17．2．1 對象移動風(fēng)暴　286
17．2．2 “當(dāng)前副本不變”設(shè)計　287
17．2．3 并發(fā)復(fù)制與并發(fā)堆追蹤的關(guān)系　289
17．3 并發(fā)復(fù)制：“源空間不變”　292
17．3．1 “源空間不變”設(shè)計　292
17．3．2 部分轉(zhuǎn)發(fā)“源空間不變”設(shè)計　294
17．4 無STW的完整并發(fā)移動　295
17．5 并發(fā)壓縮回收　296
17．5．1 并發(fā)區(qū)域復(fù)制式回收　296
17．5．2 基于虛擬內(nèi)存的并發(fā)壓縮　299
第五部分 線程交互優(yōu)化
第 18章 monitor性能優(yōu)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 競爭標志重置支持　316
18．3 胖鎖　318
18．3．1 整合monitor數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　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用于競爭控制　327
18．4．2 胖鎖收縮為瘦鎖　331
18．5 線程局部鎖 334
18．5．1 鎖保留　335
18．5．2 線程親密鎖　339
第 19章 基于硬件事務(wù)內(nèi)存的設(shè)計　346
19．1 硬件事務(wù)內(nèi)存　346
19．1．1 從事務(wù)數(shù)據(jù)庫到事務(wù)內(nèi)存　346
19．1．2 Intel的HTM實現(xiàn)　347
19．2 使用HTM的monitor實現(xiàn)　348
19．2．1 基于HTM的monitor的正確性問題　349
19．2．2 基于HTM的monitor的性能問題　352
19．3 使用HTM的并發(fā)垃圾回收　355
19．3．1 GC中HTM的機會　355
19．3．2 復(fù)制式回收　357
19．3．3 壓縮式回收　360
參考文獻　364