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《計(jì)算之道卷 Ⅲ:C 語(yǔ)言與 JVM 源碼》是一本深入探討計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的圖書(shū)。本書(shū)旨在幫助讀者更深入地理解計(jì)算機(jī)內(nèi)部的工作原理，并探索從高級(jí)編程語(yǔ)言到 JVM 源碼等核心概念。本書(shū)適合對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)和底層技術(shù)感興趣的讀者，無(wú)論是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)還是進(jìn)一步擴(kuò)展技術(shù)視野，都能從本書(shū)中獲益良多。
在《計(jì)算之道卷Ш:C 語(yǔ)言與JM 源碼》中，作者以清晰易懂的語(yǔ)言詳細(xì)介紹了高級(jí)編程語(yǔ)言的工作原理。通過(guò)本書(shū)，讀者將了解編程語(yǔ)言的特性和原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、JVM 等關(guān)鍵概念，從而更好地理解計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的方式。以及將學(xué)習(xí)JVM 源碼，并了解 hotspot、全局模塊等底層機(jī)制。結(jié)合實(shí)例和案例研究，讀者將能夠編寫(xiě)高效、可靠的高性能應(yīng)用程序。
無(wú)論是學(xué)生、工程師還是對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)感興趣的讀者，本書(shū)都將成為你不可或缺的參考資源。

1. 為什么要寫(xiě)這本書(shū)
本書(shū)是《計(jì)算之道》叢書(shū)的第III 卷。前兩卷對(duì)計(jì)算機(jī)底層原理和計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了深入探索，并結(jié)合混沌樹(shù)進(jìn)行串聯(lián)。本書(shū)在前兩卷的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，使大家掌握的底層知識(shí)落地。同時(shí)，本書(shū)也是對(duì)混沌學(xué)堂課程內(nèi)容的提煉和總結(jié)。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是互聯(lián)網(wǎng)和分布式系統(tǒng)的基石，了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、通信模型和網(wǎng)絡(luò)編程是從事網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)架構(gòu)的關(guān)鍵要素。
C 語(yǔ)言是一種高性能的編程語(yǔ)言，廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)級(jí)開(kāi)發(fā)、游戲開(kāi)發(fā)和嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域，掌握C 語(yǔ)言的語(yǔ)法和特性對(duì)于提升開(kāi)發(fā)效率和代碼質(zhì)量至關(guān)重要。
JVM 是Java 應(yīng)用程序的核心，它負(fù)責(zé)解釋和執(zhí)行Java 字節(jié)碼，并提供垃圾回收、內(nèi)存管理和線程調(diào)度等功能，深入了解JVM 的工作原理和調(diào)優(yōu)技巧有助于編寫(xiě)高效的Java應(yīng)用程序。
本書(shū)旨在對(duì)這三個(gè)主題進(jìn)行綜合介紹，幫助讀者掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，并理解它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中的作用。
其實(shí)在現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程中，大家經(jīng)常學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)底層知識(shí)原理，但這種知識(shí)在工作中使用頻率不高，又經(jīng)常忘記。一邊學(xué)習(xí)，一邊遺忘，已經(jīng)成為學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)底層知識(shí)原理的常態(tài)。有沒(méi)有一種方法可以避免這種狀況發(fā)生？這就是黃俊老師的計(jì)算機(jī)混沌學(xué)習(xí)法嘗試用混沌知識(shí)樹(shù)，將計(jì)算機(jī)底層知識(shí)原理進(jìn)行梳理，通過(guò)推理、推論的方式，提高大家對(duì)底層知識(shí)的理解，直到徹底掌握，不再遺忘。
本書(shū)適合以下讀者閱讀：希望學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、C 語(yǔ)言和JVM 基礎(chǔ)知識(shí)的讀者；需要深入了解網(wǎng)絡(luò)編程的讀者；在工作中遇到網(wǎng)絡(luò)、C 語(yǔ)言或JVM 相關(guān)問(wèn)題，希望系統(tǒng)學(xué)習(xí)和解決的讀者；需要深入了解計(jì)算機(jī)底層知識(shí)的讀者。
2. 背景知識(shí)
本書(shū)假設(shè)讀者已具備一定的編程基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)。
最好是已經(jīng)閱讀過(guò)《計(jì)算之道》第I 卷、第II 卷的讀者，理解本書(shū)內(nèi)容將更為輕松。
本書(shū)將詳細(xì)講解C 語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和JVM 的基礎(chǔ)知識(shí)，并提供實(shí)例和案例來(lái)幫助讀者理解和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。
3. 如何閱讀本書(shū)
本書(shū)按照C 語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和JVM 的順序組織，每個(gè)主題包含多個(gè)章節(jié)，依次遞進(jìn)地介紹相關(guān)概念和技術(shù)。每個(gè)章節(jié)都以清晰的流程和總結(jié)開(kāi)頭，幫助讀者理解和記憶所學(xué)內(nèi)容。
讀者可以根據(jù)自己的需求和興趣選擇閱讀順序。如果已經(jīng)熟悉某個(gè)主題，可以跳過(guò)相應(yīng)章節(jié)，直接閱讀感興趣的內(nèi)容。
第1 章 C 語(yǔ)言的推理
在這一章中，你將了解從機(jī)器語(yǔ)言到匯編語(yǔ)言，再到C 語(yǔ)言的語(yǔ)言演進(jìn)過(guò)程，以及這些語(yǔ)言出現(xiàn)的原因和存在的缺點(diǎn)。也將了解C 語(yǔ)言的出現(xiàn)如何解決人們對(duì)計(jì)算機(jī)軟件的需求，面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^(guò)程的思想差異。并將領(lǐng)略學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)底層知識(shí)的魅力和各個(gè)編程語(yǔ)言的共性。
第2 章 C 語(yǔ)言的特性和原理
在這一章中，介紹了C 語(yǔ)言特性的底層原理。同時(shí)總結(jié)了C 類(lèi)語(yǔ)言存在的問(wèn)題。你將了解如何設(shè)計(jì)一門(mén)新語(yǔ)言，知道Java 語(yǔ)言的出現(xiàn)是為了專(zhuān)注于業(yè)務(wù)需求的開(kāi)發(fā)，你還將了解如何通過(guò)底層原理來(lái)學(xué)習(xí)不同的編程語(yǔ)言。
第3 章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)推理
在這一章中，介紹了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)下三層，同時(shí)讓讀者明確知道什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)究竟研究什么。我們使用混沌學(xué)習(xí)推理方法，避免讀者陷入大量名詞堆砌的記憶。
第4 章傳輸協(xié)議原理
在這一章中，你將了解TCP 是一個(gè)無(wú)比復(fù)雜的協(xié)議，需要解決網(wǎng)絡(luò)傳輸中的許多問(wèn)題。這些問(wèn)題不僅涉及技術(shù)層面，還需要避免漏洞，如果存在漏洞被黑客利用，將會(huì)帶來(lái)巨大損失。你還將了解TCP 中很多解決方案可以在不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景中被借鑒。關(guān)于TCP 這個(gè)協(xié)議的細(xì)節(jié)，推薦閱讀《TCP/IP 詳解卷1：協(xié)議》。
第5 章 Linux 網(wǎng)絡(luò)包處理源碼分析
在這一章中，深入分析了Linux 網(wǎng)絡(luò)接受數(shù)據(jù)包的全過(guò)程。在Linux 操作系統(tǒng)中，最復(fù)雜的模塊就是網(wǎng)絡(luò)模塊。在這里，你將了解Linux 操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)收包細(xì)節(jié)：涉及網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、協(xié)議棧，以及內(nèi)核ksoftirqd 線程等內(nèi)核組件之間的交互。
第6 章應(yīng)用層協(xié)議原理
在這一章中，你將了解最常見(jiàn)卻又最容易忽視的HTTP 協(xié)議。從網(wǎng)絡(luò)支付出發(fā)，了解HTTPS 如何保證交易安全。你還將了解直播所使用的核心技術(shù)。
第7 章 Java Hello World 底層推理
希望了解虛擬機(jī)，首先要了解真實(shí)的物理機(jī)。在這一章中，首先介紹了C 語(yǔ)言程序Hello World 在真實(shí)的物理機(jī)下是如何編譯的，編譯后的二進(jìn)制格式ELF，以及Linux 是如何執(zhí)行ELF 的過(guò)程，作為相關(guān)知識(shí)背景。基于這些相關(guān)知識(shí)背景，我們推理出JVM 的設(shè)計(jì)目的。
第8 章 Hotspot JVM 啟動(dòng)原理
在這一章里，你將了解Hotspot 的啟動(dòng)過(guò)程，以JavaMain()函數(shù)為突破點(diǎn)，開(kāi)啟JVM源碼的閱讀。你還將了解類(lèi)加載器，從JVM 虛擬機(jī)的角度出發(fā)，介紹三層類(lèi)加載器和雙親委派模型，為深入理解JVM 原理打好基礎(chǔ)。結(jié)合構(gòu)建混沌樹(shù)主干和枝葉的方法，將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
4. 勘誤和支持
由于本書(shū)不可避免地存在一些疏漏或不夠準(zhǔn)確之處，歡迎讀者批評(píng)指正。

第1 章 C 語(yǔ)言的推理 1
1.1 編程語(yǔ)言演變過(guò)程 1
1.2 C 語(yǔ)言出現(xiàn)的原因 3
1.2.1 C 語(yǔ)言圖書(shū)管理系統(tǒng) 4
1.2.2 C 語(yǔ)言的出現(xiàn)原因 5
1.2.3 C 語(yǔ)言圖書(shū)管理系統(tǒng) 7
1.3 面向過(guò)程和面向?qū)ο?8
1.4 C 語(yǔ)言特性來(lái)源 11
1.5 其他編程語(yǔ)言原理推導(dǎo) 12
1.6 編程語(yǔ)言的共性 13
1.7 小結(jié) 15
第2 章 C 語(yǔ)言的特性和原理 17
2.1 對(duì)象和類(lèi)原理 17
2.1.1 C 語(yǔ)言的class 關(guān)鍵字 19
2.1.2 C 語(yǔ)言的new/delete運(yùn)算符 19
2.1.3 C 語(yǔ)言的this 指針 22
2.2 異常處理 23
2.2.1 C 語(yǔ)言異常處理 23
2.2.2 Java 異常處理 24
2.3 C 語(yǔ)言的特性 26
2.3.1 C 語(yǔ)言的hello world 26
2.3.2 C 語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類(lèi)型 27
2.3.3 C 語(yǔ)言的指針和引用 28
2.3.4 C 語(yǔ)言的類(lèi)與對(duì)象 29
2.3.5 C 語(yǔ)言的多態(tài) 31
2.3.6 C 語(yǔ)言的泛型編程 32
2.4 匯編、C 和C 語(yǔ)言存在的問(wèn)題 35
2.4.1 匯編語(yǔ)言 35
2.4.2 C 語(yǔ)言 36
2.4.3 C 語(yǔ)言 37
2.4.4 最常見(jiàn)的問(wèn)題 38
2.5 Java 語(yǔ)言出現(xiàn)的推論 40
2.5.1 內(nèi)存泄漏和野指針規(guī)避 40
2.5.2 新語(yǔ)言的設(shè)計(jì)要求 42
2.5.3 新語(yǔ)言的兩種實(shí)現(xiàn)方法 43
2.6 如何通過(guò)底層來(lái)學(xué)習(xí)不同的編程語(yǔ)言 45
2.7 小結(jié) 48
第3 章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)推理 50
3.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究?jī)?nèi)容 50
3.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 52
3.2.1 什么是協(xié)議 52
3.2.2 誰(shuí)來(lái)制定協(xié)議 53
3.2.3 協(xié)議分層 54
3.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)地址 56
3.3.1 MAC 地址 56
3.3.2 IP 地址 58
3.3.3 ARP 59
3.4 數(shù)據(jù)傳輸 61
3.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)下三層 61
3.6 小結(jié) 62
第4 章傳輸協(xié)議原理 64
4.1 UDP 65
4.1.1 四元組 65
4.1.2 UDP 的特點(diǎn) 66
4.1.3 UDP 的使用場(chǎng)景 66
4.2 TCP 68
4.2.1 TCP 包頭部分 68
4.2.2 建立TCP 鏈接 69
4.2.3 釋放TCP 連接 71
4.2.4 TCP 狀態(tài)機(jī) 73
4.3 TCP 可靠傳輸重傳機(jī)制 75
4.4 TCP 可靠傳輸滑動(dòng)窗口 82
4.5 TCP 可靠傳輸流量控制 85
4.6 TCP 可靠傳輸擁塞控制 86
4.6.1 TCP 的擁塞控制原理 87
4.6.2 擁塞控制的算法 88
4.7 TCP 和UDP 的區(qū)別 92
4.8 小結(jié) 93
第5 章 Linux 網(wǎng)絡(luò)包處理源碼分析 94
5.1 Linux 網(wǎng)絡(luò)收包的總體流程 96
5.2 Linux 啟動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)備 98
5.2.1 網(wǎng)卡e100 驅(qū)動(dòng)初始化 99
5.2.2 啟動(dòng)網(wǎng)卡e100 105
5.2.3 網(wǎng)卡e100 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送隊(duì)列初始化 107
5.2.4 網(wǎng)卡e100 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收隊(duì)列初始化 109
5.2.5 網(wǎng)卡e100 的中斷處理 112
5.2.6 開(kāi)啟硬中斷 113
5.2.7 軟中斷ksoftirqd 內(nèi)核線程 114
5.2.8 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)初始化 121
5.2.9 協(xié)議棧注冊(cè) 123
5.3 Linux 接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù) 129
5.3.1 e100 對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的存儲(chǔ) 130
5.3.2 硬中斷處理 131
5.3.3 軟中斷處理 132
5.3.4 網(wǎng)絡(luò)層IP 協(xié)議棧處理 143
5.3.5 傳輸層UDP 協(xié)議棧處理 152
5.4 網(wǎng)絡(luò)消息最終歸途 159
5.4.1 激活用戶(hù)進(jìn)程 159
5.4.2 recvfrom 系統(tǒng)調(diào)用 167
5.4.3 Socket 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 170
5.4.4 socket 創(chuàng)建 171
5.5 小結(jié) 179
第6 章應(yīng)用層協(xié)議原理 181
6.1 HTTP 協(xié)議 181
6.1.1 DNS 解析 182
6.1.2 發(fā)送HTTP 請(qǐng)求 183
6.1.3 HTTP 請(qǐng)求的響應(yīng) 184
6.1.4 瀏覽器解析 185
6.1.5 瀏覽器進(jìn)行頁(yè)面渲染 186
6.1.6 一次完整的HTTP 請(qǐng)求小結(jié) 187
6.2 掃碼支付背后那些事 188
6.2.1 掃碼支付的工作流程 189
6.2.2 掃碼支付如何保證交易安全 189
6.2.3 HTTPS 協(xié)議 191
6.2.4 Https 協(xié)議建立連接 194
6.3 直播使用的流媒體協(xié)議 197
6.3.1 直播的技術(shù)組成部分 197
6.3.2 直播的核心技術(shù) 197
6.4 小結(jié) 199
第7 章 Java Hello World 底層推理 201
7.1 回顧C(jī) 語(yǔ)言的Hello World 201
7.1.1 Hello World 在Linux 平臺(tái)編譯執(zhí)行過(guò)程 202
7.1.2 hello.c 程序編譯過(guò)程 202
7.1.3 hello.out 可執(zhí)行文件格式及內(nèi)存映像 203
7.1.4 hello.out 程序裝載和執(zhí)行的過(guò)程 203
7.1.5 入口函數(shù)和程序初始化 205
7.1.6 Windows 操作系統(tǒng)的hello.c 206
7.1.7 C 語(yǔ)言的平臺(tái)關(guān)聯(lián)性 207
7.2 Java 的HelloWorld 208
7.3 Hello World 的運(yùn)行 211
7.4 HelloWorld 的字節(jié)碼文件結(jié)構(gòu) 213
7.5 執(zhí)行HelloWorld 的main 方法前的過(guò)程 217
7.6 HelloWorld 的main 方法的執(zhí)行過(guò)程 221
7.6.1 JVM 的執(zhí)行引擎 221
7.6.2 JVM 的GC 222
7.7 《JVM 規(guī)范手冊(cè)》 223
7.8 小結(jié) 224
第8 章 Hotspot JVM 啟動(dòng)原理 226
8.1 啟動(dòng)Hotspot VM 227
8.1.1 main()函數(shù) 228
8.1.2 JLI_Launch()函數(shù) 229
8.1.3 JVMInit()函數(shù) 232
8.1.4 ContinueInNewThread()函數(shù) 232
8.1.5 ContinueInNewThread0()函數(shù) 233
8.1.6 JavaMain()函數(shù) 234
8.2 類(lèi)加載器 235
8.2.1 Bootstrap ClassLoader 類(lèi)加載器 236
8.2.2 三層類(lèi)加載器 239
8.2.3 雙親委派模型 244
8.3 Hotspot CreateVM 245
8.3.1 初始化系統(tǒng)屬性及SystemProperites 247
8.3.2 給JVM 的主干添加枝葉程序參數(shù)解釋 250
8.3.3 線程安全點(diǎn) 255
8.3.4 初始化全局線程隊(duì)列及vm_init_globals 257
8.3.5 JavaThread 257
8.4 初始化全局模塊init_globals 258
8.4.1 JVM 解釋器模塊 261
8.4.2 代碼高速緩存模塊 265
8.4.5 universe_init 267
8.4.3 StubRountines 272
8.4.6 marksweep_init 275
8.5 小結(jié) 276

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