版权信息

书名：自己动手写Java虚拟机

作者：张秀宏

出版社：机械工业出版社

出版时间：2016-05

ISBN：9787111534136

前言

为什么编写本书

Java语言于1995年首次公开发布，很快便取得了巨大的成功，成为使用最为广泛的编程语言之一。到现在，Java已经经历了20多个年头。在这期间，无论是Java语言本身还是Java虚拟机技术，都取得了长足的进步。现如今，Java依然长期占据TIOBE网站的编程语言排行榜首。最近更是被TIOBE选为2015年度编程语言，风采可谓不减当年。众所周知，Java早已不仅仅是一个单纯的语言，而是一个开放的平台。活跃在这个平台之上的编程语言除了Java之外，还有Groovy、Scala、Clojure、Jython和JRuby等。Java虚拟机则是支持这个平台的基石。

市面上教授Java语言的书籍种类繁多，相比之下，介绍Java虚拟机的书籍却是凤毛麟角。这足以说明Java作为一门高级语言是多么成功（让程序员远离底层），但并不代表Java虚拟机技术不重要。恰恰相反，当Java语言掌握到一定程度时，Java虚拟机原理自然就会成为必须越过的一道鸿沟。

近几年，国内涌现出了一些讨论Java虚拟机技术的优秀书籍，这些书籍主要以分析OpenJDK或Oracle JDK为主。本书另辟蹊径，带领读者自己动手从零开始用Go语言编写Java虚拟机。这样做好处颇多，弥补了OpenJDK等虚拟机的不足。

首先，OpenJDK等虚拟机实现非常复杂。对于初学者而言，很容易陷入代码的海洋和不必要的细节之中。其次，OpenJDK等虚拟机大多用C++语言编写。C++语言非常复杂，理解起来难度很大。最后，单纯阅读代码比较乏味，缺少乐趣，而脱离代码又很难透彻讨论技术。通过自己动手编写代码，很好地避免了上述问题。看着自己实现的Java虚拟机功能逐渐增强，看到可以运行的Java程序越来越复杂，成就感非常强。总之，通过实践的方式，相信读者可以更深刻地领悟Java虚拟机的工作原理。

Go是Google公司于2012年推出的系统编程语言。从到硬件的距离来看，Go语言介于C和Java之间。Go的语法和C类似，但更加简洁，因此很容易学习。Go语言内置了丰富的基本数据类型，并且支持结构体，所以很适合用来实现Java虚拟机。Go支持指针，但并不支持指针运算，因此用Go编写的代码要比C代码更加安全。此外，Go还支持垃圾回收和接口等Java类语言中才有的功能，大大降低了实现Java虚拟机的难度。

以上是本书采用Go语言编写Java虚拟机的原因，希望读者在学习本书的过程中，可以喜欢上Go这门还很年轻的语言。

为什么编写本书

全书一共分为11章，各章内容安排如下：

第1章：安装开发环境，讨论java命令，并编写一个类似Java的命令行程序。

第2章：讨论Java虚拟机如何搜索class文件，实现类路径。

第3章：讨论class文件结构，实现class文件解析。

第4章：讨论运行时数据区，实现线程私有的运行时数据区，包括线程、Java虚拟机栈、栈帧、操作数栈和局部变量表等。

第5章：讨论Java虚拟机指令集和解释器，实现解释器和150余条指令。

第6章：讨论类、对象以及线程共享的运行时数据区，实现类加载器、方法区以及部分引用类指令。

第7章：讨论方法调用和返回，实现方法调用和返回指令。

第8章：讨论数组和字符串，实现数组相关指令和字符串池。

第9章：讨论本地方法调用，实现Object.hashCode()等本地方法。

第10章：讨论异常处理机制，实现athrow指令。

第11章：讨论System类的初始化过程和System.out.println()的工作原理等，并对全书进行总结。

为什么编写本书

本书主要面向有一定经验的Java程序员，但任何对Java虚拟机工作原理感兴趣的读者都可以从本书获益。如前所述，本书将使用Go语言实现Java虚拟机。书中会简要介绍Go语言的部分语法以及与Java语言的区别，但不会深入讨论。由于Go语言相对比较简单，相信任何有C系列语言（如C、C++、C#、Objective-C、Java等）经验的读者都可以轻松读懂书中的源代码。

为什么编写本书

本书代码经过精心调整，每一章（第1章除外）都建立在前一章的基础上，但每一章又都可以单独编译和运行。本书内容主要围绕代码对Java虚拟机展开讨论。读者可以从第1章开始，按顺序阅读本书并运行每一章的源代码，也可以直接跳到感兴趣的章节阅读，必要时再阅读其他章节。

为什么编写本书

本书主要参考了下面这些资料：

❑《Java虚拟机规范》第8版

❑《Java语言规范》第8版

❑《深入Java虚拟机》（原书第2版）

其中《Java虚拟机规范》主要参考了第8版，但同时也参考了第7版和更老的版本。《Java语言规范》则主要参考了第8版。读者可以从http://docs.oracle.com/javase/specs/index.html获取各个版本的《Java虚拟机规范》和《Java语言规范》。

笔者早在十年前还在上学时就读过由Bill Venners著，曹晓钢等翻译的《深入Java虚拟机（原书第2版）》。但是由于当时水平有限，理解得并不是很深入。时隔十年，重读此书还是颇有收获。较之《Java虚拟机规范》的严谨和刻板，该书更加通俗易懂。原书作者已经将部分章节放于网上，网址是http://www.artima.com/insidejvm/ed2/，读者可以免费阅读。

以上是Java方面的资料。Go语言方面主要参考了Go官网上的各种资料，包括《如何编写Go程序》《Effective Go》《Go语言规范》以及Go标准库文档等。另外，在本书的写作过程中，笔者还通过搜索引擎查阅了遍布于网络上（特别是StackOverflow和Wikipedia）的各种资料，这里就不一一罗列了。

下载本书源代码

本书源代码可以从https://github.com/zxh0/jvmgo-book获取。代码分为Go和Java两部分，目录结构如下：

https://github.com/zxh0/jvmgo-book/v1/code/
—-go
—-src
  —-jvmgo
—-java
—-example

Go语言部分是Java虚拟机代码，每章为一个子目录，可以独立编译和运行。Java语言部分是Java示例代码，每章为一个包。Java代码按照Gradle工程标准目录结构组织，可以用Gradle编译整个工程，也可以用javac分别编译每个文件。

为什么编写本书

《Java虚拟机规范》对Java虚拟机的工作机制有十分严谨的描述。但是由于笔者水平和表达能力有限，本书一定存在表述不精确、不准确，甚至不正确的地方。另外，由于时间有限，书中也难免会有一些疏漏之处，还请读者谅解。

本书的勘误将通过<<a href="https://github.com/zxh0/jvmgo-book/blob/master/v1/errata.md">https://github.com/zxh0/jvmgo-book/blob/master/v1/errata.md发布和更新。如果读者发现书中的错误、有改进意见，或者有任何问题需要讨论，都可以在本书的Github项目上创建Issue。此外也可以加入QQ群（470333113）与读者交流。

为什么编写本书

首先要感谢我的家人和朋友，没有你们的鼓励、支持和帮助，本书不可能面世。这里特别感谢我的妻子，在我陷入低谷的时候，叮嘱我继续努力不要放弃。还有我的朋友范森，每章开头的可爱鼹鼠就是出自他手，希望这些鼹鼠能给枯燥的文字增添一些色彩。

其次感谢我所在的公司乐元素，它为我提供了舒适和愉悦的工作环境，使我在工作之余可以全心投入本书的写作之中。

代码被我放到了Github上，地址是https://github.com/zxh0/jvm.go。不过由于能力和时间有限，这个虚拟机离完整实现《Java虚拟机规范》还相距甚远。2015年4月份，我停止了jvm.go的编写，同时开始改造代码，酝酿本书。感谢所有关注过jvm.go项目的人，没有你们的帮助就没有jvm.go，也就没有本书。

最后，感谢机械工业出版社华章分社的编辑，本书能够顺利出版离不开他们的敬业精神和一丝不苟的工作态度。