赞 誉
《JVM性能调优：深入理解OpenJDK和HotSpot》堪称JVM性能调优领域的瑰宝之作。其内容详实全面，案例生动丰富，最大亮点在于它将理论与实践紧密结合，从而有效助力读者快速掌握JVM性能调优的核心技巧。无论是Java开发者、系统架构师还是性能优化工程师，本书都值得深入研读。我亦向广大Java学子及从业者诚挚推荐，相信它能成为各位在提升Java应用性能道路上的得力伙伴。
——周经森，浙江大学软件学院教授
Java的工业级生态非常成熟，因此对于一般的Java应用开发而言，开发者通常不需要在底层性能细节上投入过多精力。尽管默认参数和工程经验足以应对日常开发，但仍建议技术主管为团队配备这样一本权威又通俗的参考书，以便在需要时能快速查阅，进而为深度优化提供可靠依据。
——莫简豪，杭州简算执行董事
JVM和硬件系统都具有高度复杂性且处于快速迭代中。因此，即便是经验丰富的工程师，也需要持续学习与沉淀，方能掌握高性能Java软件系统的精髓。本书是不可多得的佳作，它跟随Monica大师的思路，从内存屏障、NUMA等底层硬件机制，到JVM中的GC、线程调度与启动速度，系统阐述了从底层逻辑到顶层实践的完整知识体系。它不仅是Java开发者与性能工程师的宝贵资源，更是我日常工作的案头必备之书。
——李成栋，码题诗科技创始人
《JVM 性能调优：深入理解OpenJDK和HotSpot》立足于工程视角，从GC、JIT 的底层原理讲起，溯源至 HotSpot 的发展脉络，并结合具体优化案例与思考过程，系统拆解了深度性能调优的完整路径。更难能可贵的是，书中以前瞻性视野，深入探讨了Java Panama、Leyden及新一代异构计算VM等前沿技术在性能优化领域的应用潜力。本书不止于技巧传授，更以严谨的方法论启发读者，致力于培养具备系统性思考与实战能力的性能工程师。
——李梦洋，开源贡献者
《JVM 性能调优：深入理解OpenJDK和HotSpot》深入剖析了JVM的内部结构和性能调优的复杂性，为Java开发者提供了深度指南。无论你是资深架构师、高级工程师，还是初入此行，本书都是不可多得的宝贵资源，值得细读。
——马建国，Jakarta EE on Azure布道师
在数字化时代，Java技术是众多核心系统的基石，而JVM性能优化，正是释放其潜力、构建高效应用的关键起点。本书以其全面、深入且极具前瞻性的视角，为读者提供了一份关于JVM性能工程的系统性指南，助力构建坚实而先进的知识体系。书中不仅详述了Java语言的演进历程，生动展现了其强大生命力，更深入剖析了HotSpot虚拟机的核心机制，包括垃圾收集器、JIT编译器的工作原理与优化策略。此外，书中对Java类型系统、模块化编程以及异构硬件与JVM结合等前沿话题的探讨，无疑为读者铺就了一条通向未来技术演进的思考路径。作者用清晰的逻辑、生动的案例和详实的代码，让读者能轻松读懂复杂概念，并乐在其中。这绝对是Java领域一部难得的经典，我诚挚推荐给每一位希望精进的技术同行。
——郭志昊，Java on Azure研发工程师
推荐序一
纵观国内编程语言生态，Java凭借其强大的生态系统和广泛的企业级应用，被公认为最主流的语言技术栈之一。仔细想来，IT行业的技术迭代日新月异，每5～10年便有一批技术被取代。然而，Java在迎来其30周年生日后，生命力却愈发旺盛，甚至呈现愈加繁荣的趋势。这背后的原因值得深究。笔者认为原因有以下几点：
1. Java自诞生之初便极大地推动了“开源”这一创新模式的发展，并带动了此后数十年开源社区和创新项目的蓬勃发展。可以说，Java是开源精神演进过程中的关键推动者和领路者，而它也由此受益于全球开发者的创新反哺，形成了良性的发展循环。
2. 大数据与AI技术的普及，不仅使Java的应用场景更加多元化和贴近终端用户，也使其作为关键的底层基础设施，迎来了爆发式增长。在“人人都能成为数据分析师和全民AI”的时代浪潮下，Java正是背后强大的支撑力量。
3. Java自诞生之初就遵循“编写一次，任意运行”的理念，这使得基于Java构建的应用能够无缝运行于各类公有云、私有云及主流操作系统之上，显著提升了系统的简易性、可扩展性和稳定性。而Java虚拟机(JVM/JDK)正是实现这一平台无关性的核心基石。
然而，Java在实际开发和生产部署中确实存在一些固有弱点。在严苛的业务场景下，诸如不可预测的GC暂停导致的性能抖动、启动时间较长，以及运行时CPU占用偏高等问题，会给研发和运维带来显著挑战。正是为了应对这些实际问题，JVM性能工程这一领域才不断发展并显得至关重要。
在本书中，作者深入浅出地介绍了JVM性能工程的原理和调优实践，内容涵盖从Java性能演进历程、测试方法论，到垃圾收集、预热加速管理等核心主题，阐述极为全面。这些宝贵的知识，凝聚了全球开源社区与团队的集体智慧和实践结晶。无论你是初学者、经验丰富的开发者，还是架构运维专家，都能从本书中获益。书中的实例和实践建议能帮助你即学即用，有效提升应用运行效率，并降低潜在风险。
Azul不仅是全球最早提出C4无暂停垃圾收集器的Java领导厂商，积极参与并主导了OpenJDK社区的多个关键创新项目，更是业内唯一一家自创立以来便完全专注于Java虚拟机及智能管理平台解决方案的专业厂商，同时提供开源OpenJDK构建和功能更强的商业版JDK及技术服务。进入中国市场数年间，已切实帮助上百家中大型企业提升了其Java平台的敏捷性、可靠性、安全性和合规性，并组建了集市场推广、技术支持和专业服务于一体的本地化团队。我们欣喜地看到，国内金融、互联网和高端制造等行业高度重视Java性能优化，其中众多领先企业已经在生产环境中采用了基于OpenJDK技术标准打造的高性能版本——Azul Prime。Azul Prime可在无缝替换企业现有JDK后，显著实现降本增效。其价值已在交易、支付、风控、电商推荐、搜索和大数据计算等核心场景中得到验证。未来，我们将在产品本地化及社区运营方面持续深耕，以创新服务响应市场的不断变化。
最后，谨向本书译者致以特别感谢。我们因开源社区结缘，我本人也一直敬佩她源源不断的热情投入与卓越的专业能力。通读全书，译文的精准与雅致让我沉浸其中，这必然源于她倾注的非凡努力与匠心。正是这份付出，为中文读者架起了一座通往智慧的桥梁。谨以此书的成功传播，回报作者与译者共有的初心与利他之美。
——张研(Stanley Zhang)，Azul大中华区总裁
推荐序二
立足诞生30周年的历史节点回望，Java语言及其平台在三十载征程中实现了颠覆性革新。诸多核心接口与工具已迭代升级为功能更强大、性能更卓越的现代版本，这深刻体现了Java持续进化的基因。例如，在语言和系统库层面，Java持续演进，提供了诸多更优的替代方案：synchronized关键字的功能由java.util.concurrent包中各类更完善的锁来弥补；volatile关键字对字段的原子性访问，则由提供了更多内存顺序控制的VarHandle来支持。此外，传统的bean实例有了线程安全且性能更佳的record类作为替代，访问者设计模式也可由模式匹配这一新范式来替代，而JNI也有了更安全、高效的外部内存与函数API作为替代方案。与此同时，Java平台拥有卓越的兼容性——只要官方未计划移除某个接口或工具，其既定行为就将在未来版本中长期保持稳定。这使得大量旧代码无须改动便能平滑升级，例如，synchronized、volatile关键字以及基于传统规范的bean实例对象，通常都可以在更新的JDK版本中直接运行。
Java程序员对平台的了解，常常局限于入门时所学的知识，因而对Java的最新发展或历史背景往往了解不足。对于Java编程新手而言，他们可能不了解在J2SE 5.0之前并无泛型和自动装箱/拆箱这些现代语法；另一方面，即便是经验丰富的老手，也可能对Java 8及后续版本中的诸多新特性，如VarHandle和模块化系统，缺乏深入了解。尽管这些知识对JVM性能调优不可或缺，但实践中，某些性能瓶颈可能仅需换用新接口即可解决。同时，也需注意，对新功能配置的误用，也可能在无意之中导致性能下降。《JVM性能调优：深入理解 OpenJDK和HotSpot》一书内容层层递进，从回顾Java历史与特性演进入手，到深入剖析基于最新工具的调优实战，再到展望Java平台的未来发展趋势。通过这种方式，为读者提供前瞻视野，系统性地解答性能调优中的各类困惑。
作为在HotSpot虚拟机runtime组件领域的资深专家，作者Monica在本书中系统分享了各种runtime调优接口和工具。内容涵盖了从统一日志接口、微基准测试，到字符串、锁、JVM预热与性能监控等核心议题与实用方案。这些工具为性能分析提供了全方位支持：统一日志接口能输出类加载和初始化信息；微基准测试支持跨平台的量化对比；JFR或Java Mission Control工具可以深入监控方法级CPU消耗；而针对字符串的专项优化(如处理大量非ASCII字符)，则能通过调整JVM参数实现。作者结合其维护众多接口及使用核心工具的实践经验，系统总结了这些工具的“最佳实践”和关键注意事项。这既能为读者打开新的调优视野，助其快速上手，也能帮助有一定基础的读者规避常见的测量偏差与优化陷阱。
——梁宸，OpenJDK Reviewer
推荐序三
本书是市面上少有的、从理论源头系统解读JVM的佳作。它并非一本单纯的实践手册，而是以JVM的发展历史为脉络，逐步解构其基础设计，形成从模块演进、日志体系、性能测试到内存管理、垃圾收集乃至启动优化的完整知识链条。作者凭借详尽的理论分析和历史背景回溯，致力于帮助读者深入理解每个组件背后的设计哲学，从而建立起关于JVM的体系化认知。
我特别欣赏作者的写作思路，他立足于技术发展历程，由浅入深地分析问题，进而不断迭代和升级解决方案。书中的许多方案我已在实际工作中应用或接触，而本书让我得以窥见其全貌：它不满足于让我“知其然”，更着力于让我“知其所以然”，透彻理解其设计背景和适用场景。尤为可贵的是，书中深刻剖析了技术的演变过程，让读者能够从历史视角理解JVM的每一次演进。
本书非常适合拥有多年Java开发和架构经验的资深人士。它不仅能帮助读者对过往的实践经验进行系统梳理，更能从理论高度构建更深层的知识体系。通过理解JVM方案的演变逻辑和设计背景，读者能够在实际工作中做出更合理的技术选型与架构决策。
——李智勇，微软 Java on Azure团队首席研发工程师
推荐序四
在软件开发领域，性能是一个永恒的核心议题。随着数字化转型的深入，作为现代企业级系统基石的Java应用，其性能表现不仅决定着用户体验，更直接关系到业务的成败。正因如此，深入理解和掌握JVM性能调优技术，已成为Java开发者的必备核心技能。
本书从Java性能演进史切入，系统回顾了编程语言与虚拟机的发展历程。这种历史视角，能帮助读者深刻理解当前技术选择的成因与权衡。从早期Java类型系统的构建到现代模块化架构的革新，每一次技术演进都切实塑造了Java的性能特征。这种纵深的历史分析方法，为读者理解现代JVM的优化理念提供了不可或缺的认知基础。书中构建了一套完整的性能优化知识体系：从JVM统一日志的标准化管理，到基于JMH的端到端微基准测试，再到OpenJDK中高级内存管理和垃圾收集的深度解析，层层递进，最终构建出关于JVM性能的完整拼图。
特别值得关注的是，作者在运行时性能优化章节中，对聚集字符串、锁机制等关键技术细节进行了深入探讨。这些因素对性能影响深远，却容易在日常开发中被忽略。通过系统性的讲解，读者能够建立起对性能优化的全面认知。
性能优化不应依赖经验和猜测，而应是一个由数据驱动的科学决策过程。书中不仅专门介绍了业界公认的JMH微基准测试标准——JMH框架的使用，还系统阐述了JVM统一日志接口。前者为性能量化评估提供了科学工具，后者则为生产环境中的性能监控和问题诊断提供了重要的技术支撑。这种理论与实践并重的方式，确保读者不仅能理解优化原理，更能掌握具体的实施方法和评估手段。
令人兴奋的是，本书还探讨了使用异构硬件来提升JVM性能这一前沿话题。随着GPU、FPGA等专用硬件在数据处理领域的广泛应用，如何让JVM充分利用这些异构计算资源，成为性能优化的新方向。书中对这一领域的系统探讨，为读者构建了一个理解性能优化的全新认知框架。
本书不仅是一本技术手册，更是一本性能优化的实践指南。从历史演进到前沿探索，从理论基础到实战应用，它为Java开发者勾勒了性能优化的完整知识图景。无论你是希望深入理解JVM内部机制的技术专家，还是寻求解决具体性能问题的一线开发者，本书都能为你所处阶段的实战需求，提供直接的指导和启发。
我将本书强烈推荐给所有关注Java应用性能的技术从业者，愿本书成为你在性能优化道路上的重要伙伴。
最后致敬优秀的翻译工作者。我要特别感谢我的同事——成海霞为本书所付出的心血。技术翻译是一项极具挑战性的工作，既要确保术语的准确性，又要保持表达的流畅性。她的专业翻译，使这本优秀的技术著作得以完美地呈现给中文读者，为我们学习和掌握JVM性能优化技术架起了一座坚实的桥梁。
——方剑，《深入理解Spring Cloud与实战》作者
推荐序五
近几年，Java的演进速度显著加快：语言层面的新特性不断引入，类库体系日益丰富，JVM的优化手段愈发多样，新的垃圾收集器也接连登场。对于多数开发者而言，JVM就像一个神秘的“黑盒”，能够在幕后自动完成诸多优化，为上层应用保驾护航。然而，真正优秀的开发者与运维人员，不应将JVM视为不可知的“黑盒”，而应主动深入其内部原理，掌握性能分析工具与实战方法。唯有如此，才能在关键时刻游刃有余。
本书正好契合了这一需求。它不仅系统讲解了JVM性能优化的理论基础，还融汇了作者二十余年的一线实践经验。尤其可贵的是，书中提炼出一套行之有效的“性能工程方法论”，并从优化指标、分析工具、调优手段、垃圾收集器评估等多个维度进行了深入阐释与系统总结。译者成海霞老师同样具备多年的Java系统开发与优化经验，译文精准流畅，使得原著的思想与方法得以原汁原味地呈现。
对于希望深入理解 JVM 原理、精进Java性能优化能力的读者而言，本书无疑是一部难得的实战指南，值得反复研读。
——臧秀涛，《Effective Java中文版(原书第3版)》译者
献给我挚爱的伙伴们，在撰写此书的漫长征途中，他们为我提供了源源不绝的灵感之光与温馨的慰藉：
深切缅怀Perl、Sherekhan、Cami、Mr. Spots和Ruby，他们传承的精神成为照亮我人生旅途的不灭灯塔，赋予我永恒的爱意与无尽的温暖。
特别感谢Delphi、Calypso、Ivy、Selene和可爱的小Bash，他们持续为我的生活增添欢乐、激发好奇，并陪我踏上一次次冒险之旅。他们的存在，日复一日地提醒着我，身处的这个世界是何等美丽。
谨以此书献给所有在我生命中留下痕迹的人——无论是已离我远去的，还是仍伴我左右的——此书是对他们慷慨赐予的无条件之爱与陪伴的崇高致敬。
作者简介
莫妮卡·贝克维斯(Monica Beckwith)是Java虚拟机(Java Virtual Machine，JVM)性能调优和优化领域的权威人物。她拥有扎实的电气和计算机工程学术背景，在其职业生涯中取得了令人瞩目且鼓舞人心的成就。
在AMD公司(Advanced Micro Device，超威半导体公司)就职期间，Monica深化了她在Java、JVM和系统性能工程方面的专业知识。她的工作为NUMA架构的增强提供了宝贵的见解，并通过优化代码生成、改进内存占用以及运用先进的JVM技术和内存管理功能，提升了硬件和JVM的性能。在Sun Microsystems任职期间，她继续她的职业发展，为提升Sun SPARC、Solaris和Linux的JVM性能作出了重大贡献，并推动了可扩展的Java生态系统的发展。
作为Java Champion成员、Java Performance Companion一书的合著者以及本书的作者，Monica展现了她对Java社区的坚定承诺。她在优化G1垃圾收集器方面的工作不仅包括性能提升，还涵盖了深入诊断、微调流程和确定关键改进领域，从而为JVM性能树立了新的标杆。她的专业技能不仅提高了G1垃圾收集器的效率，还展现了她对JVM复杂性的深刻理解。在ARM公司工作期间，作为托管运行时性能架构师，Monica在为ARM生态系统制定统一战略中发挥了关键作用，推动了基于ARM的服务器的性能竞争力。
Monica的重要贡献和思想领导力丰富了整个技术社区。她担任多个知名会议的项目委员会成员，并主持以JVM和性能为主题的分会，这进一步凸显了她对知识共享和社区建设所做出的承诺。
在微软任职期间，Monica的专业技能在优化基于JVM的工作负载、应用程序和关键服务方面得到了充分展现，跨越了从裸机到复杂的Azure虚拟机等多种部署场景。她对硬件和软件开发过程中工程的深刻理解，加上对系统工程和基准测试原则的精通，使她在硬件和软件开发过程中的关键时刻发挥了独特的作用。这一职位使她能够为Azure计算基础设施中当前和新兴硬件系统的性能、可扩展性和能效的鉴定、评估和分析作出重大贡献。
除了她的技术实力，Monica还体现了能引起周围人深刻共鸣的价值观。她是正直、真实和不断学习的典范。她坚信行动带来的变革力量、反思具有的重要性以及换位思考会产生深远影响，这些方面都塑造了她的互动方式和方法。Monica热衷于演讲和传播知识，这充分体现了她终身学习的决心。
在技术领域之外，Monica还担任First Lego League的教练，致力于培养年轻人的思维。这种多面性，加上她在微软担任Java Champion、作家和性能工程师等职务，使她在科技界享有盛誉，成为许多人的灵感之源。
致 谢
在回顾本书创作之旅的这一刻，我心中充满了深深的感激之情，衷心感谢那些给予我支持、专业知识和鼓励的人，是他们激励我不断前进。
在这份感激之中，我最想感谢的是我的家人——他们始终是我坚强的后盾。亲爱的Ben，我的丈夫：你对我的工作所表现出的理解和信任，以及你那无尽的爱和关怀，是我坚持不懈的动力源泉。
亲爱的Annika 和Bodin，我的孩子们：你们的耐心和毅力一直是我前进的动力。你们在青春期的生活需求与我完成本书所需的漫长时间之间找到了平衡，展现出了超乎年龄的成熟和理解。你们的支持，无论是在关键时刻给予的鼓励，还是在我与复杂概念搏斗时给予我的安静空间，都是我无法用言语表达的宝贵财富。尽管我的工作要求我们全家做出牺牲，但你们坚定不移的信念始终是我力量和动力的源泉。我对你们成长为如此善良、支持他人的人感到无比自豪，我希望这本书能够反映出我们家庭所珍视的价值观。
编辑指导
我要向执行主编Greg Doench表达我深深的感激之情，他在Pearson的工作展现了近乎圣人的耐心。在这段充满挑战的时期，我们不仅经历了身心健康上的考验、JVM发布周期的波动、项目开发的不可预测性，还共同面对了COVID这一前所未有的时代。Greg始终像一座灯塔，为我提供灵感和鼓励。面对我的延误，他始终如一的支持和无私的态度堪称非凡。Greg，你的坚定支持和宝贵指导不仅助力我完成了本书手稿，也给我带来了莫大的安慰。
章节贡献
本书汇集了我多年来在此领域的工作、研究和见解，而众多专家、同事、合作者以及朋友们的宝贵贡献更是为本书增添了丰富的内容。他们的集体智慧、反馈和支持不仅加深了对每个讨论主题的理解，也提高了论述的清晰度，这一切成就体现了他们多年来在这一领域积累的深厚专业知识。
在第3章中，Nikita Lipski凭借他在Java模块化方面积累的丰富经验，为JAR地狱版本问题、层等主题增添了引人入胜的深度分析，同时他关于OSGi的独到见解也为本章增色不少。
Stefano Doni在服务质量(Quality of Service, QoS)、性能栈方面积累的深厚专业知识，以及他在运行规律和队列方面的理论专长，极大地丰富了第5章的内容，实现了理论与实践观点的完美结合。
Per Liden和Stefan Karlsson的见解和合作互动对我完善第6章中对Z垃圾收集器(Z Garbage Collector, ZGC)的探索至关重要。Per的大量演讲和博客文章也帮助社区更深入地理解了ZGC的复杂性。
第7章得益于Alan Bateman和Heinz Kabutz的见解。Alan在帮助我完善本章关于Java锁机制和虚拟线程的内容方面发挥了重要作用。他的见解有助于澄清复杂概念，增加了监视器锁讨论的深度，并为Java并发模型的演变提供了宝贵的视角。Heinz的全面审阅确保了内容的相关性和准确性。
在第8章中，Ludovic Henry坚持要明确各种术语，执意要包含高级主题，而Alina Yurenko对GraalVM及其未来发展的独到见解，这些都为本章提供了深度和前瞻性，使本章重塑了今天的辉煌。
Alina还启发了我追踪GraalVM的发展，尤其是分层原生镜像的引入，这有望缩短构建时间并实现基础镜像的共享。
最后，在第9章中，我非常感谢Gary Frost对Aparapi和Sumatra项目提供的深入分析，以及他对利用新JDK版本来开发项目(如Panama项目)所具有的独到见解。同时，Juan Fumero博士在TornadoVM项目中的领导力，以及他对并行编程挑战的精辟洞察，这些都极大地丰富了我的章节内容，提升了其深度和清晰度，同时也增强了叙述的连贯性和说服力。
看到我们的愿景趋于一致，并见证行业领袖们推动Java与现代硬件加速器的集成，我感到无比欣慰。
良师益友
在我的技术探索之旅中，有几位导师、领导和朋友对我产生了深远的影响：
在我探索垃圾收集器性能工程的旅程中，Charlie Hunt对我的指导至关重要。他在字符串密度方面的开创性工作启发了我在方法论和流程上的许多实践。他的著作Java Performance是所有性能爱好者的必读资源，其深度和洞察力值得强烈推荐给每一位性能工程师。
Gil Tene在C4垃圾收集器方面的工作以及他在技术教育方面的贡献，深刻地影响了我对低暂停收集器及其交互特性的理解。我非常珍视我们之间的交流，将其视为向顶尖智者学习的机会。
Thomas Schatzl对G1垃圾收集器的深刻见解为这一领域增添了深度和背景，丰富了我对G1垃圾收集器早期工作的理解。Thomas是垃圾收集器性能的专家，他的工作(包括并行垃圾收集器)一直激励着我。
Vladimir Kozlov在HotSpot JVM各方面的领导和工作对推动Java性能和能力的发展至关重要。我非常珍视我们在预取、分层阈值、各种代码生成和JVM优化等方面的合作，也非常感谢他对HotSpot虚拟机的奉献。
Kirk Pepperdine，从早期为我们在JavaOne上开设的联合实践实验室课程开发G1垃圾收集器解析器脚本，到最近在微软的方法论、流程和基准测试工作中，我们的合作从未间断，他在性能工程领域不断推陈出新。
Sergey Kuksenko和Alexey Shipilev，以及我遇到的其他JVM性能工程专家，一直是我不懈追求Java性能优化的战友。
Erik Österlund开发的分代ZGC代表了垃圾收集技术令人兴奋的前瞻性方向。
John Rose，因为他在JVM内部机制方面拥有无与伦比的专业知识，因此在Java语言和平台的发展过程中发挥了举足轻重的作用。他的远见卓识和深厚的技术知识不但推动了这一领域的发展，而且在我的职业生涯中为我提供了宝贵的见解。
他们每个人不仅为本书的技术深度和丰富内容作出了重要贡献，还在我个人和职业成长的道路上扮演了至关重要的角色。他们的集体智慧、专业知识和支持对构建本书的内容框架和整个成书过程起到了决定性的作用，这也体现了Java社区的协作精神和深厚友谊
前 言
欢迎阅读我撰写的《JVM性能调优：深入理解OpenJDK和HotSpot》，这本书汇集了我作为Java Champion和性能工程师所积累的长达20年的专业经验。本书详尽回顾了JVM的发展历程，展示了Java语言具有的稳健特性和架构优势。书中不仅深入剖析了JVM内部结构的复杂性，还探讨了性能工程的艺术与科学，内容涵盖了从HotSpot虚拟机的深层机制到模块化编程的战略应用等广泛主题。本书通过论证Java在现代计算中的核心地位——无论是在服务器环境中的应用，还是与异构硬件的集成——为从业人员和爱好者提供了一盏明灯，进而揭示了JVM性能工程的最新前沿。
读者对象
本书专为追求深入理解JVM内部结构与性能调优精髓的Java开发者及软件工程师量身打造。同时，它也是系统架构师与设计师不可或缺的宝贵资源，助其洞悉JVM对系统性能造成的深远影响。对于性能工程师与JVM调优专家而言，本书将揭示一系列前沿技术，旨在助力其优化JVM性能。此外，计算机科学与技术专业的学生及教育工作者也可通过学习本书，全面而深入地掌握JVM的复杂机制与高级功能。
为了推进性能工程方面的教育，特别是专注于JVM的教育，本书内容与编程语言、算法、系统、计算机体系结构和软件工程等高级课程形成协同效应。我致力于深化对这些核心概念的理解，并为整合了JVM性能工程原理的课程贡献力量感到自豪，旨在为新一代工程师提供在这一关键技术领域取得卓越成就所需具备的知识和技能。
本书深入探讨了语言和运行时的复杂性及其优势，重点分析了Java在并发处理方面的能力、其在多线程方面的优势以及在不同环境下实现峰值性能过程中采用的复杂内存管理机制。
内容概览
第1章，“Java性能演变史：编程语言与虚拟机”，全面回顾了Java自20世纪90年代中期诞生至Java 17的复杂演进历程。本章重点介绍了Java的开创性运行时环境——JVM、丰富的类库和强大的工具集，它们为Java的创新发展、卓越技术、持续进步和灵活性奠定了基础。
本章深入探讨了OpenJDK与HotSpot虚拟机的变革性垃圾收集器和精简的Java字节码。展示了Java对性能的不懈追求，包括先进的JIT编译技术和前卫的优化策略。同时，探讨了HotSpot虚拟机的客户端和服务器端编译器之间具有的协同关系及其动态优化功能，彰显了Java对敏捷性和效率的追求。
另一个重点是对OpenJDK与HotSpot虚拟机垃圾收集器之间具有的内存管理功能进行探索，特别强调了“弱分代假说”的采用。这一概念是HotSpot虚拟机中收集器效率的基础，能够根据需求灵活采用并行和并发垃圾收集线程，确保内存优化达到峰值，同时保持应用程序的响应速度不变。
本章在技术深度和易读性之间取得了平衡，因此既适合经验丰富的Java开发者，也适合刚刚接触该语言的新手。书中还穿插了实际示例和代码片段，让读者能够通过实践来深入理解所讨论的概念。
第2章，“Java类型系统的发展及其性能影响”，紧随第1章对性能的深入探讨，进一步深入Java的核心——不断发展的类型系统。本章首先回顾了Java的基础元素，包括原始类型和引用类型、接口、类和数组，这些元素在Java SE 5.0发布之前构成了Java编程的基石。
随后，本章详细介绍了自Java SE 5.0发布以来的一系列变革性改进，如泛型、注解和VarHandle类型引用的引入，这些新特性极大地丰富了Java语言的功能。本章还重点介绍了最近添加的语言特性，如switch表达式、密封类和备受期待的记录(record)。
特别值得一提的是，本章对Valhalla项目正在进行的工作给予了特别关注，研究了现有类型系统在性能方面的细微差别，以及未来值类的潜力，深入探讨了Valhalla项目正在进行的工作，涵盖从优化后的泛型到原始类型的类设计概念。
Java的类型系统不仅仅是一组类型，它还体现了Java对多功能性、效率和创新的不懈追求。本章的目的是阐明类型系统的过去、现在和充满希望的未来，从而帮助读者加深对Java类型系统复杂性的理解。
第3章，“从单体到模块化的演进之路”，全面介绍了Java平台模块系统(Java Platform Module System，JPMS)及其对模块化编程领域造成的突破性影响。本章从模块化编程的基本概念入手，标志着Java向模块化编程时代的大胆迈进。通过提供模块创建、编译和执行的实践指导，本章使模块化编程领域的新手也能轻松上手。
本章重点讨论了Java从单体JDK向模块化框架的转变，体现了Java对不断变化的需求的适应性以及对创新的持续承诺。特别指出，本章通过使用JDK 17来实际实现模块化服务，进而详细介绍了从服务提供者到消费者之间进行的复杂的模块交互，并通过示例展示了这一过程。本章还探讨了封装实现细节和JAR地狱挑战等关键概念，阐释了Jigsaw模块系统如何在模块化环境中提供优雅的解决方案。
为了深化对Java模块化系统的理解，本章还对OSGi进行了深入的比较分析，突出了二者之间存在的相似之处和差异，使读者能够全面了解Java模块化系统。同时，本章还介绍了jdeps、jlink、jdeprscan和jmod等模块化生态系统中所用的基本工具，并提供了详尽的解释和实际示例，使读者能够在开发工作中有效地利用这些工具。
本章以对JPMS性能细微差别的深入思考作为结尾，展望了Java模块化发展的前景，并邀请读者思考其潜在的影响和未来发展。
第4章，“JVM统一日志接口”，深入挖掘了软件开发中一个至关重要却常被忽视的领域——日志记录。本章首先强调了在Java中采用统一日志系统的重要性，探讨了多种日志系统带来的挑战，以及统一日志系统所具有的显著优势。本章不仅着重于介绍日志系统的统一性和基础架构，也强调了日志系统在监控性能和优化方面所发挥的关键作用。
本章详细探讨了众多日志标签及其具体功能，强调了创建全面且富有洞察力的日志的重要性。在面对识别任何缺失信息的挑战时，本章提供了对日志级别、输出和装饰器的清晰理解。本章对这些功能的复杂性进行了深入研究，并通过实际案例阐明了它们在现实场景中的应用。
本章的一个重要环节是对异步日志的讨论，异步日志是提升日志性能、最小化日志对应用程序效率影响的核心功能。对于寻求在全面日志记录和系统性能之间找到平衡的开发者来说，这项功能至关重要。
本章最后强调了日志作为诊断工具的重要性，展示了日志在主动系统监控和被动问题解决中所发挥的关键作用。本章不仅突出了Java中有效日志记录的强大功能，还强调了日志记录在构建和维护稳健应用程序方面所处的核心地位。本章进一步强化了Java不断发展的主题，展示了在应用程序开发中日志记录的进步如何极大地增强了Java语言的能力和多样性。
第5章，“端到端性能优化：JMH和微基准测试”，深入探讨了Java生态系统中性能工程的核心地位，强调性能不仅关乎运行速度，更是打造卓越用户体验的关键因素。本章开篇即对性能工程在软件开发领域中发挥的关键作用进行了初步探讨，突出了其作为基本质量属性的地位，并揭开了其多层面的神秘面纱。
本章精准地描述了用于衡量Java性能的关键指标，涵盖了从占用空间到可用性的细微差别，确保读者能够全面掌握性能动态。本章进一步探讨了响应时间的复杂性及其与可用性的共生关系，深入剖析了应用程序时间轴的运行机制，详细阐述了响应时间、吞吐量以及其中不可避免的停顿。
然而，只有承认硬件带来的深远影响，性能叙述才算完整。本章揭示了硬件与软件之间的共生关系，强调编程语言、处理器和内存模型的融合所产生的协同效能。从内存模型的微妙之处及其对线程动态的作用，再到Java内存模型的基本原理，本章将穿越并发硬件的迷宫，揭示对并发计算至关重要的顺序机制。
除了理论讨论，本章还融入了我二十多年来在性能优化领域所积累的实践经验。它介绍了性能诊断和分析采用的系统方法，提供了关于方法论的见解，并对用于识别潜在性能问题的子系统和方法进行了详细的探讨。这些方法对那些专注于性能优化的软件开发者至关重要，也为他们理解底层硬件、软件栈和应用程序性能之间错综复杂的关系提供了宝贵的洞见。
本章强调了结构化基准测试体系的重要性，涵盖了从内存管理到功能发布，再到系统层评估的各个方面。这为Java Micro-Benchmark Suite (JMH)——JVM基准测试的集大成者——奠定了基础。本书先从JMH的基础设置入手，并涵盖其众多功能的复杂性，进而介绍基准测试如何开始、如何执行，以及基准测试的模式、分析工具和JMH关键注解。
因此，第5章不仅是一个全面的端到端Java性能优化指南，也是后续章节的坚实起点。本章不仅激发了读者对持续优化的热情，更为读者提供了释放Java无与伦比性能潜力所需具备的丰富知识和实用工具。
内存管理是Java应用程序的隐形守护者，它通常在幕后默默工作，但对应用程序的成功运行至关重要。
第6章，“OpenJDK中的高级内存管理和垃圾收集”，深入探讨了JVM在内存管理方面所做的特定改进，并展示了先进的性能工具和技术。本章将带领读者进入垃圾收集器的世界，探索为确保Java应用程序高效运行所采用的技术和创新。
本章首先对Java中的垃圾收集机制进行了基础性的概述，为详细探讨线程本地分配缓冲区(Thread-Local Allocation Buffer，TLAB)和提升本地分配缓冲区(Promotion Local Allocation Buffer，PLAB)打下基础。这些内容阐明了TLAB和PLAB在内存管理中的核心地位。随着讨论的深入，本章将进一步介绍如何优化内存访问，强调NUMA感知垃圾收集器的重要性及其对性能造成的影响。
本章的亮点在于对高级垃圾收集技术的探讨。首先，回顾了G1垃圾收集器，揭示了其颠覆性的堆管理策略。从理解区域化堆的优势，到优化G1垃圾收集器参数以实现最佳性能，本章将全面介绍一种Java中最先进的垃圾收集器。此外，Z垃圾收集器(Z Garbage Collector，ZGC)的自适应优化技术堪称技术奇迹，其创新进展彻底改变了实时应用程序的性能游戏规则。
本章还深入探讨了垃圾收集领域的新兴趋势，为未来的技术发展奠定了基础。实用性仍然是最重要的考虑因素，因此本章专门提供了评估垃圾收集性能的实用技巧。从处理各种工作负载，如在线分析处理(Online Analytical Processing，OLAP)、在线事务处理(Online Transaction Processing，OLTP)和混合事务/分析处理(Hybrid Transactional/Analytical Processing，HTAP)，到综合实时数据集压力和数据生命周期模式，本章为读者提供了有效优化内存管理机制所需具备的工具和知识。本章是Java专业人员学习内存管理不可或缺的高级垃圾收集技术的技术指南。
第7章，“运行时性能优化：聚焦字符串、锁及其他”，深入挖掘了Java运行时性能的核心议题，特别聚焦于字符串处理和锁同步——这两个对提升应用程序性能至关重要的领域。
本章采用了多种分析技术，涵盖从字节码分析到基于内存的示例分析，并提供了分析方法的调用栈视图，旨在丰富和深化读者的理解。通过JMH基准测试，本章强调了优化措施带来的显著性能改进。读者将通过使用async-profiler进行方法级别的洞察，同时利用NetBeans内存分析器，进一步探索JVM具有的高级功能。本章的目标是教授读者如何测试和实施优化，并掌握这些工具的综合应用技巧，从而在第5章讨论的性能工程方法和流程的基础上进一步提升测试和优化能力。
本章还广泛回顾了Java中字符串优化的发展历程，重点介绍了不同Java版本中所做的关键改进，并将焦点转移到增强的多线程性能上，深入探讨了Java的线程同步机制。
此外，本章还探讨了从传统的一对一任务线程模型向可扩展的请求-线程模型的转变，帮助读者深入理解并发编程的精髓。对Java的Executor Service、ThreadPools、ForkJoinPool框架以及CompletableFuture进行了深入研究，确保读者能够全面掌握Java并发机制的各个方面。
最后，本章通过探讨虚拟线程，展望了Java并发机制的未来。从理解虚拟线程及其载体，到讨论并行性以及与现有API的集成，本章为读者提供了一本关于Java中高级并发机制和字符串优化的实用指南。
第8章，“使用OpenJDK Hotspot虚拟机加速进入稳定状态”，专注于应用程序从启动到稳态的性能优化，这对于容器化环境、无服务器架构和微服务等瞬态应用至关重要。本章强调了缩短JVM启动和预热时间对于提升执行效率的关键意义，同时深入探讨了GraalVM在这一领域所发挥的革命性作用。通过优化启动过程，可以显著提升这些瞬态应用的性能和响应速度。
本章深入剖析了JVM启动的各个阶段以及应用程序如何过渡到稳态，强调了在不同架构中管理不同阶段状态的重要性。其中，对类数据共享(Class Data Sharing，CDS)深入的探讨，揭示了共享归档文件和内存映射的优势，尤其强调了它在多实例配置场景中的优势。接着本章内容转向提前编译(Ahead-Of-Time，AOT)，并与即时编译(Just-In-Time，JIT)进行了对比，详细介绍了HotSpot虚拟机的Leyden项目带来的变革性影响，以及其通过CDS和AOT来管理状态所具有的预测能力。这为GraalVM及其对Java性能格局产生的革命性影响奠定了基础。GraalVM通过利用先进的优化技术，包括静态镜像和动态编译，增强了各种应用的性能。在探讨GraalVM等前沿技术的同时，本章还全面考察了CRIU和CraC等OpenJDK项目，这些项目引入了开创性的检查点/恢复功能，增加了讨论的深度。本章内容全面，深入浅出地介绍了不断发展的Java应用程序优化策略。对于希望驾驭当今云原生环境的开发者来说，本章是不可多得的资源。
第9章，“使用异构硬件打造JVM性能的未来”，作为本书的终章，聚焦于异构硬件与JVM的交汇，阐释了这一结合对性能工程产生的深远影响。本章首先介绍了日益显著的异构硬件世界，尤其是其在云计算环境中的重要性。接着，探讨了异构硬件与JVM的集成方式，强调了语言设计和工具链在这一融合过程中所发挥的核心作用。通过深入分析，本章揭示了异构硬件如何为JVM性能工程带来革命性的变革。
第9章通过一系列详细的案例研究，深入展示了集成硬件加速器的实际应用和挑战。从轻量级的Java游戏库(Lightweight Java Game Library，LWJGL)到连接了Java与OpenCL的创新项目Aparapi，每项研究都为理解这些集成的复杂性和成功提供了宝贵的洞见。本章还探讨了Sumatra项目在这一领域的重大贡献，并介绍了专为硬件加速器定制的专用JVM——TornadoVM。
通过这些案例研究，异构硬件与JVM集成的共生潜力变得愈发清晰，顺势引出了对Panama项目的概述，它预示着JVM性能工程的新视野。Panama项目的核心是Vector API，这是专为向量计算而设计的创新标志。该API不仅与计算有关，还能确保计算高效地向量化，并为向量运算中所需用到的蓬勃发展的硬件量身定制。这确保了开发者拥有表达并行计算的工具，并针对不同的硬件架构进行了优化。然而Panama项目远不止于向量计算。外部函数和内存API(Foreign Function and Memory API)是一个关键工具，它是Java与本地库无缝交流的桥梁。这是Java对互操作性这一古老挑战的回答，它确保Java应用程序可以毫不费力地与本地代码连接，从而打破编程语言障碍。
然而，整合异构硬件并非易事。从管理复杂的内存访问模式到解析特定硬件的行为，优化之路充满了挑战。但正是这些挑战激发了创新，突破了技术的极限。展望未来，本章展示了我对Panama项目成为JVM互操作性黄金标准的愿景。Panama项目将重新定义Java应用程序的性能和效率，前景一片光明。
JVM性能工程领域正处于一场革命的风口浪尖。随着Tornado VM的Hybrid API、HAT工具包以及Babylon项目的到来，创新正在叩响技术的大门，等待着我们去拥抱。这些进步预示着JVM性能工程进入了新时代，为开发者提供了前所未有的机遇，促使他们去探索、实现并优化Java应用程序的性能。
如何使用本书
顺序阅读，深入理解。建议按照章节顺序阅读，因为每一章都是在前一章知识的基础上逐步构建的。这种方法特别适合那些刚开始接触JVM性能工程的读者。
针对特定主题，模块化阅读。经验丰富的读者可能会更倾向于直接跳转到他们感兴趣或觉得具有挑战性的特定章节。目录和索引将作为你的向导，帮助你快速定位到相关章节。
实用示例和代码。全书贯穿了实用的示例和代码片段，以阐释关键概念。为了充分理解这些示例，我们鼓励读者亲自动手构建和运行代码(更多信息，请参见接下来关于“利用配套的GitHub仓库”的介绍)。
视觉辅助，加深理解。除了文字说明，本书还采用了多种文字和视觉辅助工具来加深理解。
案例研究：展示JVM性能技术在真实场景中的应用实例。
屏幕截图：提供分析结果和各种垃圾收集图的可视化输出，这对于理解垃圾收集过程和阶段至关重要。
用例图：以可视化的方式映射系统功能需求，从而展示不同实体之间的交互方式。
框图：提供特定JVM或系统组件架构的图解，突出性能特征。
类图：展示各种代码示例的详细面向对象设计，揭示关系和层次结构。
流程图：分步骤的图表，引导你了解各种性能优化流程和组件。
时间轴：可视化地表示活动中的不同阶段或状态变化以及行动顺序。
增强理解的可视化辅助工具：除了书面解释，本书还采用了各种文字和视觉辅助工具来加深理解。
利用配套的GitHub仓库。本书的实践价值得到了极大的增强。为了帮助读者更好地将理论应用于实践，我创建了JVM性能工程的GitHub资源库(https://github. com/mo-beck/JVM-Performance-Engineering)。在这个资源库中，你可以找到：
完整的代码列表：提供书中提到的所有代码片段和脚本。你可以查看代码，进行实验，甚至可以将它们作为你项目的起点，对它们进行分叉和改进。在此，要说明的是，也可以通过扫描封底的二维码下载本书完整的示例代码。
其他资源和更新：JVM性能工程领域不断发展。这个资源库将定期更新，包括新的脚本、资源和信息，以确保你能够跟上最新的进展。
互动学习：通过复制资源库、根据你的垃圾收集日志文件运行垃圾收集器脚本以及修改脚本，你可以积极参与材料的学习。这样做可以帮助你更好地理解垃圾收集器，让你的学习和理解之旅更加贴合你的实际需求。
参与社区活动。我鼓励读者积极参与更广泛的社区活动。通过GitHub存储库贡献你的想法、提出问题并分享你的见解，这种合作方式能够丰富每个人的学习体验。
反馈和建议。你的反馈极为宝贵。如果你有任何建议、更正或见解，我热忱邀请你与我们分享。你可以通过GitHub存储库、电子邮件(jvmbook@codekaram.com) 或社交媒体平台(https://www.linkedin.com/in/monicabeckwith/或https://twitter.com/ JVMPerfEngineer)提供反馈。
在Java的辽阔疆域，我的故事长出羽翼，
在一段段生动的叙述中，我见证其中的奇迹。
分布式系统，将世界紧密相连，无论远与近，
Java虚拟机，闪烁着迷人光芒，犹如最亮的星。
它的崛起之路，是一部饱经沧桑的壮丽传奇，
它的历程之篇，绘满了引人入胜的深邃奥秘。
“智慧之光何在？传奇之路何其辽阔？”
人们满怀热忱，上下求索。
而本书，是所有追寻者的明灯，
是古老智慧与现代洞见的融合。
章节之间，如溪流般自然流畅，汇聚成知识的汪洋，
在此，我分享我的心路历程，我的技术之旅！
—Monica Beckwith
