前不久我參加了一個國外程序員的講座，講座的副標題很有趣，叫做：“我如何學會停止恐懼，並且愛上 Java 虛擬機”。
這句話來自一部黑色幽默電影《奇愛博士》，電影描述了冷戰時期劍拔弩張的氛圍。
程序員之間的語言之爭又未嘗不是如此。寫系統語言的鄙視託管語言低下的執行效率；寫託管語言的則取笑系統語言需要手動管理內存；寫動態語言的不屑於靜態語言那冗餘的類型系統；寫靜態語言的則嘲諷動態語言裏面各種光怪陸離的運行時錯誤。
Java 作爲應用最廣的語言，自然吸引了不少的攻擊，而身爲 Java 程序員的你，或許在口水戰中落了下風，忿忿於沒有足夠的知識武裝自己；又或許想要深入學習 Java 語言，卻又無從下手。甚至是在實踐中被 Java 的啓動性能、內存耗費所震驚，因此對 Java 語言本身產生了種種的懷疑與顧慮。
別擔心，我就是來解答你對 Java 的種種疑慮的。“知其然”也要“知其所以然”，學習 Java 虛擬機的本質，更多是瞭解 Java 程序是如何被執行且優化的。這樣一來，你纔可以從內部入手，達到高效編程的目的。與此同時，你也可以爲學習更深層級、更爲核心的 Java 技術打好基礎。
我相信在不少程序員的觀念裏，Java 虛擬機是透明的。在大家看來，我們僅需知道 Java 核心類庫，以及第三方類庫裏 API 的用法，便可以專注於實現具體業務，並且依賴 Java 虛擬機自動執行乃至優化我們的應用程序。那麼，我們還需要了解 Java 虛擬機嗎？
我認爲是非常有必要的。如果我們把核心類庫的 API 比做數學公式的話，那麼 Java 虛擬機的知識就好比公式的推導過程。掌握數學公式固然可以應付考試，但是瞭解背後的推導過程更加有助於記憶和理解。並且，在遇到那些沒法套公式的情況下，我們也能知道如何解決。
具體來說，瞭解 Java 虛擬機有如下（但不限於）好處。首先，Java 虛擬機提供了許多配置參數，用於滿足不同應用場景下，對程序性能的需求。學習 Java 虛擬機，你可以針對自己的應用，最優化匹配運行參數。（你可以用下面這個例子看一下自己虛擬機的參數列表。）
舉例來說，macOS上的Java 10共有近千個配置參數：
$ java -XX:+PrintFlagsFinal -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -version | wc -l
java version "10" 2018-03-20
Java(TM) SE Runtime Environment 18.3 (build 10+46)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM 18.3 (build 10+46, mixed mode)
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其次，Java 虛擬機本身是一種工程產品，在實現過程中自然存在不少侷限性。學習 Java 虛擬機，可以更好地規避它在使用中的 Bug，也可以更快地識別出 Java 虛擬機中的錯誤，
再次，Java 虛擬機擁有當前最前沿、最成熟的垃圾回收算法實現，以及即時編譯器實現。學習 Java 虛擬機，我們可以瞭解背後的設計決策，今後再遇到其他代碼託管技術也能觸類旁通。
最後，Java 虛擬機發展到了今天，已經脫離 Java 語言，形成了一套相對獨立的、高性能的執行方案。除了 Java 外，Scala、Clojure、Groovy，以及時下熱門的 Kotlin，這些語言都可以運行在 Java 虛擬機之上。
學習 Java 虛擬機，便可以瞭解這些語言的通用機制，甚至於讓這些語言共享生態系統。說起寫作這個專欄的初心，與我個人的經歷是分不開的，我現在是甲骨文實驗室的高級研究員，工作主要是負責研究如何通過程序分析技術以及動態編譯技術讓程序語言跑得更快。明面上，我是 Graal 編譯器的核心開發者之一，在爲 HotSpot 虛擬機項目擰螺絲。
這裏順便說明一下，Graal 編譯器是 Java 10 正式引入的實驗性即時編譯器，在國內同行口中被戲稱爲“甲骨文黑科技”。當然，在我看來，我們的工作同樣也是分析應用程序的性能瓶頸，尋找優化空間，只不過我們的優化方式對自動化、通用性有更高的要求。加入甲骨文之前，我在瑞士盧加諾大學攻讀博士學位，研究如何更加精準地監控 Java 程序，以便做出更具針對性的優化。這些研究工作均已發表在程序語言方向的頂級會議上，並獲得了不少同行的認可（OOPSLA 2015 最佳論文獎）。
在這 7 年的學習工作生涯中，我拜讀過許多大神關於 Java 虛擬機的技術博客。在受益匪淺的同時，我發覺不少文章的門檻都比較高，而且過分注重實現細節，這並不是大多數的開發人員可以受益的調優方案。這麼一來，許多原本對 Java 虛擬機感興趣的同學， 也因爲過高的門檻，以及短時間內看不到的收益，而放棄了對 Java 虛擬機的學習。
最終我決定也挑戰一下 Java 虛擬機的科普工作。和其他欄目一樣，我會用簡單通俗的語言，來介紹 Java 虛擬機的實現。
具體到每篇文章，我將採用一個貫穿全文的案例來闡述知識點，並且給出相應的調優建議。在文章的末尾，我還將附上一個動手實踐的環節，幫助你鞏固對知識點的理解。
整個專欄將分爲四大模塊。
基本原理：剖析 Java 虛擬機的運行機制，逐一介紹 Java 虛擬機的設計決策以及工程實現；
高效實現：探索 Java 編譯器，以及內嵌於 Java 虛擬機中的即時編譯器，幫助你更好地理解 Java 語言特性，繼而寫出簡潔高效的代碼；
代碼優化：介紹如何利用工具定位並解決代碼中的問題，以及在已有工具不適用的情況下，如何打造專屬輪子；
虛擬機黑科技：介紹甲骨文實驗室近年來的前沿工作之一 GraalVM。包括如何在 JVM 上高效運行其他語言；如何混搭這些語言，實現 Polyglot；
如何將這些語言事前編譯（Ahead-Of-Time，AOT）成機器指令，單獨運行甚至嵌入至數據庫中運行。
我希望藉由這四個模塊 36 個案例，幫助你理解 Java 虛擬機的運行機制，掌握診斷手法和調優方式。最重要的，是激發你學習 Java 虛擬機乃至其他底層工作、前沿工作的熱情。