Tổng quan module — JVM Internals

Code Java của bạn không chạy trên CPU — nó chạy trên một máy ảo với bộ nạp class riêng, trình biên dịch riêng bật giữa chừng, bộ nhớ tự quản lý và những khoảnh khắc cả thế giới đứng im (stop-the-world) mà GC log không kể hết. Ngày thường bạn không cần biết; ngày production chậm bất thường, OOM lúc 2 giờ sáng, hay "X cannot be cast to X" trên Tomcat — tầng bên dưới này là nơi câu trả lời sống.

Module này mở nắp JVM theo bốn cụm: class loading (nạp class thế nào, vì sao lỗi), thực thi (bytecode → interpreter → C1/C2, các tối ưu và deoptimization), bộ nhớ (heap generational, metaspace, object layout, compressed OOP), và GC + chẩn đoán (ba thuật toán nền, chọn collector theo SLA, G1/ZGC/Shenandoah, safepoint, jcmd/JFR). Mục tiêu: khi production đi sai, bạn biết hỏi đúng câu và đọc đúng log.

Bản đồ module

flowchart TD
    A["Class loading<br/>01 - 01b - 01c"] --> B["Bytecode va javap<br/>02 - 03"]
    B --> C["JIT compiler<br/>04 - 04b - 04c"]
    C --> D["Escape analysis<br/>10"]
    E["Bo nho JVM<br/>05 - 05b"] --> F["Object layout<br/>09 - 09b"]
    E --> G["GC + chon collector<br/>06 - 06b"]
    G --> H["G1 / ZGC / Shenandoah<br/>12 - 12b"]
    G --> I["Safepoint va STW<br/>11"]
    J["Tools chan doan<br/>07 - 08"] --> K["13. Mini-challenge<br/>debug memory leak"]

Bạn sẽ đạt được gì

Học xong module này, bạn có thể:

• Explain cách JVM nạp class qua hierarchy ba tầng và parent delegation
• Diagnose lỗi classloading trong container: ClassNotFoundException vs NoClassDefFoundError và "X cannot be cast to X"
• Trace cấu trúc class file và bytecode một method bằng javap — từ constant pool tới invokedynamic
• Trace đường biên dịch một method từ interpreter qua C1/C2 cùng các tối ưu inlining, devirtualization, escape analysis
• Diagnose độ trễ sau deploy bằng JIT log — phân biệt deoptimization với warm-up
• Explain bố cục bộ nhớ JVM (heap generational, metaspace, stack, native) và chữ ký lỗi bộ nhớ từng vùng
• Explain object layout (header, mark word, field packing, compressed OOP) để ước lượng footprint object
• Explain nguyên lý GC (reachability, ba thuật toán nền, generational) và cơ chế sâu G1, ZGC, Shenandoah
• Justify lựa chọn GC collector bằng latency SLA và bằng chứng GC log
• Diagnose pause STW dài hơn GC log báo cáo qua safepoint/TTSP và verify bằng JFR + CLI tools

Cần chuẩn bị trước

• Đã học xong hai module đầu của course — đặc biệt Concurrency cơ bản (thread, lock — xuất hiện lại ở safepoint và GC concurrent) và biết dùng terminal để chạy java/javap với flag.
• Không cần biết trước C/C++ hay assembly — mọi cấu trúc nội bộ đều được vẽ và giải thích tại chỗ.

Lộ trình bài học

Bài tiếp theo: Class loader — hierarchy ba tầng và parent delegation