五、Java 虚拟机

一、什么是Java虚拟机
Java虚拟机是一个想象中的机器,在实际的计算机上通过软件模拟来实现。Java虚拟机有自己想象中的硬件,如处理器、堆栈、寄存器等,还具有相应的指令系统。

二、为什么使用Java虚拟机
Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键。一般的高级语言如果要在不同的平台上运行,至少需要编译成不同的目标代码。而引入Java语言虚拟机后,Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息,使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时,把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。

三、Java虚拟机的生命周期
一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务：执行Java程序。程序开始执行时它才运行，程序结束时它就停止。假如你同时运行三个Java程序，就会有三个运行中的Java虚拟机。

Java虚拟机总是开始于一个main()方法，这个方法必须是公有public、返回void、直接接收一个字符串数组。在程序执行时，你必须给Java虚拟机指明这个包含有main()方法的类名。

Main()方法是程序的起点，它被执行的线程初始化为程序的初始线程。程序中其它的线程都由他来启动。

Java中的线程分为两种：守护线程 （daemon）和普通线程（non-daemon）。守护线程是Java虚拟机自己使用的线程，比如负责垃圾收集的线程就是一个守护线程。当然，你也可以把自己的程序设置为守护线程。包含Main()方法的初始线程不是守护线程。

只要Java虚拟机中还有普通的线程在执行，Java虚拟机就不会停止。如果有足够的权限，你可以调用exit()方法终止程序。

三、Java虚拟机的体系结构
在Java虚拟机的规范中定义了一系列的子系统、内存区域、数据类型和使用指南。这些组件构成了Java虚拟机的内部结构，他们不仅仅为Java虚拟机的实现提供了清晰的内部结构，更是严格规定了Java虚拟机实现的外部行为。

每一个Java虚拟机都由一个类加载器子系统（class loader subsystem），负责加载程序中的类型（类class和接口interface），并赋予唯一的名字。每一个Java虚拟机都有一个执行引擎（execution engine）负责执行被加载类中包含的指令。

程序的执行需要一定的内存空间，如字节码、被加载类的其他额外信息、程序中的对象、方法的参数、返回值、本地变量、处理的中间变量等等。Java虚拟机将这些信息统统保存在数据区（data area）中。虽然每个Java虚拟机的实现中都包含数据区，但是Java虚拟机规范对数据区的规定却非常的抽象。

每一个Java虚拟机都包含方法区（method area）和堆（heap），他们都被整个程序共享。Java虚拟机加载并解析一个类以后，将从类文件中解析出来的信息保存与方法区中。程序执行时创建的 对象都保存在堆中。

当一个线程被创建时，会被分配只属于它自己的PC寄存器“pc register”（程序计数器）和Java堆栈（Java stack）。当线程不调用本地方法时，PC寄存器中保存线程执行的下一条指令。Java堆栈保存了一个线程调用方法时的状态，包括本地变量、调用方法的 参数、返回值、处理的中间变量。调用本地方法时的状态保存在本地方法堆栈中（native method stacks），可能再寄存器或者其他非平台独立的内存中。

四、数据类型（Data Types）
所有Java虚拟机中使用的数据都有确定的数据类型，数据类型和操作都在Java虚拟机规范中严格定义。Java中的数据类型分为原始数据类型 （primitive types）和引用数据类型（reference type）。引用类型依赖于实际的对象，但不是对象本身。原始数据类型不依赖于任何东西，它们就是本身表示的数据。

所有Java程序语言中的原始数据类型，都是Java虚拟机的原始数据类型，除了布尔型（boolean）。当编译器将Java源代码编译为字节码时，使用整型（int）或者字节型 （byte）去表示布尔型。在Java虚拟机中使用整数0表示布尔型的false，使用非零整数表示布尔型的true，布尔数组被表示为字节数组，虽然它们可能会以字节数组或者字节块（bit fields）保存在堆中。

除了布尔型，其它的原始类型都是Java虚拟机中的数据类型。在Java中数据类型被分为：整形的byte，short，int，long；char和浮点型的float，double。Java语言中的数据类型在任何主机上都有同样的范围。

引用类型可能被创建为：类类型（class type），接口类型（interface type），数组类型（array type）。他们都引用被动态创建的对象。当引用类型引用null时，说明没有引用任何对象。

Java虚拟机规范只定义了每一种数据类型表示的范围，没有定义在存储时每种类型占用的空间。他们如何存储由Java虚拟机的实现者自己决定。关于浮点型更多信息参见14章“Floating Point Arithmetic”。

五、字节长度
Java虚拟机中最小的数据单元式字（word），其大小由Java虚拟机的实现者定义。但是一个字的大小必须足够容纳byte，short，int， char，float，returnValue，reference；两个字必须足够容纳long，double。所以虚拟机的实现者至少提供的字不能小于31bits的字，但是最好选择特定平台上最有效率的字长。

在运行时，Java程序不能决定所运行机器的字长。字长也不会影响程序的行为，他只是在Java虚拟机中的一种表现方式。

六、类加载器子系统
Java虚拟机中的类加载器分为两种：原始类加载器（primordial class loader）和类加载器对象（class loader objects）。

原始类加载器是Java虚拟机实现的一部分，类加载器对象是运行中的程序的一部分。不同类加载器加载的类被不同的命名空间所分割。

类加载器调用了许多Java虚拟机中其他的部分和java.lang包中的很多类。比如，类加载对象就是java.lang.ClassLoader子类 的实例，ClassLoader类中的方法可以访问虚拟机中的类加载机制；每一个被Java虚拟机加载的类都会被表示为一个 java.lang.Class类的实例。像其他对象一样，类加载器对象和Class对象都保存在堆中，被加载的信息被保存在方法区中。

1、加载、连接、初始化（Loading, Linking and Initialization）
类加载子系统不仅仅负责定位并加载类文件，他按照以下严格的步骤作了很多其他的事情：（具体的信息参见第七章的“类的生命周期”）
1）、加载：寻找并导入指定类型（类和接口）的二进制信息
2）、连接：进行验证、准备和解析
①验证：确保导入类型的正确性
②准备：为类型分配内存并初始化为默认值
③解析：将字符引用解析为直接饮用
3）、初始化：调用Java代码，初始化类变量为合适的值

2、原始类加载器（The Primordial Class Loader）
每个Java虚拟机都必须实现一个原始类加载器，他能够加载那些遵守类文件格式并且被信任的类。但是，Java虚拟机的规范并没有定义如何加载类，这由 Java虚拟机实现者自己决定。对于给定类型名的类型，原始莱加载器必须找到那个类型名加“.class”的文件并加载入虚拟机中。

3、类加载器对象
虽然类加载器对象是Java程序的一部分，但是ClassLoader类中的三个方法可以访问Java虚拟机中的类加载子系统。
1）、protected final Class defineClass(…)：使用这个方法可以出入一个字节数组，定义一个新的类型。
2）、protected Class findSystemClass(String name)：加载指定的类，如果已经加载，就直接返回。
3）、protected final void resolveClass(Class c)：defineClass()方法只是加载一个类，这个方法负责后续的动态连接和初始化。

4、命名空间
当多个类加载器加载了同一个类时，为了保证他们名字的唯一性，需要在类名前加上加载该类的类加载器的标识。

七、方法区（The Method Area）
在Java虚拟机中，被加载类型的信息都保存在方法区中。

程序中的所有线程共享一个方法区，所以访问方法区信息的方法必须是线程安全的。如果你有两个线程都去加载一个叫Lava的类，那只能由一个线程被容许去加载这个类，另一个必须等待。

在程序运行时，方法区的大小是可变的，程序在运行时可以扩展。有些Java虚拟机的实现也可以通过参数也订制方法区的初始大小，最小值和最大值。

方法区也可以被垃圾收集。因为程序中的类由类加载器动态加载，所有类可能变成没有被引用（unreferenced）的状态。当类变成这种状态时，他就可 能被垃圾收集掉。没有加载的类包括两种状态，一种是真正的没有加载，另一个种是“unreferenced”的状态。详细信息参见第七章的类的生命周期 （The Lifetime of a Class）。

1、类型信息（Type Information）
每一个被加载的类型，在Java虚拟机中都会在方法区中保存如下信息：
1）、类型的全名（The fully qualified name of the type）
2）、类型的父类型的全名（除非没有父类型，或者弗雷形式java.lang.Object）（The fully qualified name of the typeís direct superclass）
3）、给类型是一个类还是接口（class or an interface）（Whether or not the type is a class ）
4）、类型的修饰符（public，private，protected，static，final，volatile，transient等）（The typeís modifiers）
5）、所有父接口全名的列表（An ordered list of the fully qualified names of any direct superinterfaces）

类型全名保存的数据结构由虚拟机实现者定义。除此之外，Java虚拟机还要为每个类型保存如下信息：
1）、类型的常量池（The constant pool for the type）
2）、类型字段的信息（Field information）
3）、类型方法的信息（Method information）
4）、所有的静态类变量（非常量）信息（All class (static) variables declared in the type, except constants）
5）、一个指向类加载器的引用（A reference to class ClassLoader）
6）、一个指向Class类的引用（A reference to class Class）

1）、类型的常量池（The constant pool for the type）
常量池中保存中所有类型是用的有序的常量集合，包含直接常量（literals）如字符串、整数、浮点数的常量，和对类型、字段、方法的符号引用。常量池 中每一个保存的常量都有一个索引，就像数组中的字段一样。因为常量池中保存中所有类型使用到的类型、字段、方法的字符引用，所以它也是动态连接的主要对 象。
2）、类型字段的信息（Field information）
字段名、字段类型、字段的修饰符（public，private，protected，static，final，volatile，transient等）、字段在类中定义的顺序。
3）、类型方法的信息（Method information）
方法名、方法的返回值类型（或者是void）、方法参数的个数、类型和他们的顺序、字段的修饰符（public，private，protected，static，final，volatile，transient等）、方法在类中定义的顺序
如果不是抽象和本地本法还需要保存
方法的字节码、方法的操作数堆栈的大小和本地变量区的大小（稍候有详细信息）、异常列表（详细信息参见第十七章“Exceptions”。）
4）、类（静态）变量（Class Variables）
类变量被所有类的实例共享，即使不通过类的实例也可以访问。这些变量绑定在类上（而不是类的实例上），所以他们是类的逻辑数据的一部分。在Java虚拟机使用这个类之前就需要为类变量（non-final）分配内存
常量（final）的处理方式于这种类变量（non-final）不一样。每一个类型在用到一个常量的时候，都会复制一份到自己的常量池中。常量也像类变 量一样保存在方法区中，只不过他保存在常量池中。（可能是，类变量被所有实例共享，而常量池是每个实例独有的）。Non-final类变量保存为定义他的 类型数据（data for the type that declares them）的一部分，而final常量保存为使用他的类型数据（data for any type that uses them）的一部分。
5）、指向类加载器的引用（A reference to class ClassLoader）
每一个被Java虚拟机加载的类型，虚拟机必须保存这个类型是否由原始类加载器或者类加载器加载。那些被类加载器加载的类型必须保存一个指向类加载器的引 用。当类加载器动态连接时，会使用这条信息。当一个类引用另一个类时，虚拟机必须保存那个被引用的类型是被同一个类加载器加载的，这也是虚拟机维护不同命 名空间的过程。详情参见第八章“The Linking Model”
6）、指向Class类的引用（A reference to class Class）
Java虚拟机为每一个加载的类型创建一个java.lang.Class类的实例。你也可以通过Class类的方法：
public static Class forName(String className)来查找或者加载一个类，并取得相应的Class类的实例。通过这个Class类的实例，我们可以访问Java虚拟机方法区中的信息。具体参照Class类的JavaDoc。

2、方法列表（Method Tables）
为了更有效的访问所有保存在方法区中的数据，这些数据的存储结构必须经过仔细的设计。所有方法区中，除了保存了上边的那些原始信息外，还有一个为了加快存 取速度而设计的数据结构，比如方法列表。每一个被加载的非抽象类，Java虚拟机都会为他们产生一个方法列表，这个列表中保存了这个类可能调用的所有实例 方法的引用，报错那些父类中调用的方法。

八、堆
当Java程序创建一个类的实例或者数组时，都在堆中为新的对象分配内存。虚拟机中只有一个堆，所有的线程都共享它。
1、垃圾收集（Garbage Collection）
垃圾收集是释放没有被引用的对象的主要方法。它也可能会为了减少堆的碎片，而移动对象。在Java虚拟机的规范中没有严格定义垃圾收集，只是定义一个Java虚拟机的实现必须通过某种方式管理自己的堆。详情参见第九章“Garbage Collection”。
2、对象存储结构（Object Representation）
Java虚拟机的规范中没有定义对象怎样在堆中存储。每一个对象主要存储的是他的类和父类中定义的对象变量。对于给定的对象的引用，虚拟机必须嫩耨很快的 定位到这个对象的数据。另为，必须提供一种通过对象的引用方法对象数据的方法，比如方法区中的对象的引用，所以一个对象保存的数据中往往含有一个某种形式 指向方法区的指针。
一个可能的堆的设计是将堆分为两个部分：引用池和对象池。一个对象的引用就是指向引用池的本地指针。每一个引用池中的条目都包含两个部分：指向对象池中对 象数据的指针和方法区中对象类数据的指针。这种设计能够方便Java虚拟机堆碎片的整理。当虚拟机在对象池中移动一个对象的时候，只需要修改对应引用池中 的指针地址。但是每次访问对象的数据都需要处理两次指针。下图演示了这种堆的设计。在第九章的“垃圾收集”中的HeapOfFish Applet演示了这种设计。
另一种堆的设计是：一个对象的引用就是一个指向一堆数据和指向相应对象的偏移指针。这种设计方便了对象的访问，可是对象的移动要变的异常复杂。下图演示了这种设计
当程序试图将一个对象转换为另一种类型时，虚拟机需要判断这种转换是否是这个对象的类型，或者是他的父类型。当程序适用instanceof语句的时候也 会做类似的事情。当程序调用一个对象的方法时，虚拟机需要进行动态绑定，他必须判断调用哪一个类型的方法。这也需要做上面的判断。
无论虚拟机实现者使用哪一种设计，他都可能为每一个对象保存一个类似方法列表的信息。因为他可以提升对象方法调用的速度，对提升虚拟机的性能非常重要，但 是虚拟机的规范中比没有要求必须实现类似的数据结构。下图描述了这种结构。图中显示了一个对象引用相关联的所有的数据结构，包括：
1）、一个指向类型数据的指针
2）、一个对象的方法列表。方法列表是一个指向所有可能被调用对象方法的指针数组。方法数据包括三个部分：操作码堆栈的大小和方法堆栈的本地变量区；方法的字节码；异常列表。
每一个Java虚拟机中的对象必须关联一个用于同步多线程的lock(mutex)。同一时刻，只能有一个对象拥有这个对象的锁。当一个拥有这个这个对象 的锁，他就可以多次申请这个锁，但是也必须释放相应次数的锁才能真正释放这个对象锁。很多对象在整个生命周期中都不会被锁，所以这个信息只有在需要时才需 要添加。很多Java虚拟机的实现都没有在对象的数据中包含“锁定数据”，只是在需要时才生成相应的数据。除了实现对象的锁定，每一个对象还逻辑关联到一 个“wait set”的实现。锁定帮组线程独立处理共享的数据，不需要妨碍其他的线程。“wait set”帮组线程协作完成同一个目标。“wait set”往往通过Object类的wait()和notify()方法来实现。
垃圾收集也需要堆中的对象是否被关联的信息。Java虚拟机规范中指出垃圾收集一个运行一个对象的finalizer方法一次，但是容许 finalizer方法重新引用这个对象，当这个对象再次不被引用时，就不需要再次调用finalize方法。所以虚拟机也需要保存finalize方法 是否运行过的信息。更多信息参见第九章的“垃圾收集”
3、数组的保存（Array Representation）
在Java 中，数组是一种完全意义上的对象，他和对象一样保存在堆中、有一个指向Class类实例的引用。所有同一维度和类型的数组拥有同样的Class，数组的长 度不做考虑。对应Class的名字表示为维度和类型。比如一个整型数据的Class为“[I”，字节型三维数组Class名为“[[[B”，两维对象数据 Class名为“[[Ljava.lang.Object”。
多维数组被表示为数组的数组，如下图：
数组必须在堆中保存数组的长度，数组的数据和一些对象数组类型数据的引用。通过一个数组引用的，虚拟机应该能够取得一个数组的长度，通过索引能够访问特定 的数据，能够调用Object定义的方法。Object是所有数据类的直接父类。更多信息参见第六章“类文件”。

九、PC寄存器（程序计数器）（The Program Counter）
每一个线程开始执行时都会被创建一个程序计数器。程序计数器只有一个字长（word），所以它能够保存一个本地指针和returnValue。当线程执行 时，程序计数器中存放了正在执行指令的地址，这个地址可以使一个本地指针，也可以使一个从方法字节码开始的偏移指针。如果执行本地方法，程序计数器的值没 有被定义。

十、Java堆栈（The Java Stack）
当一个线程启动时，Java虚拟机会为他创建一个Java堆栈。Java堆栈用一些离散的frame类纪录线程的状态。Java虚拟机堆Java堆栈的操作只有两种：压入和弹出frames。
线程中正在执行的方法被称为当前方法（current method），当前方法所对应的frame被称为当前帧（current frame）。定义当前方法的类被称为当前类（current class），当前类的常量池被称为当前常量池（current constant pool.）。当线程执行时，Java虚拟机会跟踪当前类和当前常量池。但线程操作保存在帧中的数据时，他只操作当前帧的数据。
当线程调用一个方法时，虚拟机会生成一个新的帧，并压入线程的Java堆栈。这个新的帧变成当前帧。当方法执行时，他使用当前帧保存方法的参数、本地变 量、中间结构和其他数据。方法有两种退出方式：正常退出和异常推出。无论方法以哪一种方式推出，Java虚拟机都会弹出并丢弃方法的帧，上一个方法的帧变 为当前帧。
所有保存在帧中的数据都只能被拥有它的线程访问，线程不能访问其他线程的堆栈中的数据。所以，访问方法的本地变量时，不需要考虑多线程同步。
和方法区、堆一样，Java堆栈不需要连续的内存空间，它可以被保存在一个分散的内存空间或者堆上。堆栈具体的数据和长度都有Java虚拟机的实现者自己定义。一些实现可能提供了执行堆栈最大值和最小值的方法。

十一、堆栈帧（The Stack Frame）
堆栈帧包含三部分：本地变量、操作数堆栈和帧数据。本地变量和操作数堆栈的大小都是一字（word）为单位的，他们在编译就已经确定。帧数据的大小取决于 不同的实现。当程序调用一个方法时，虚拟机从类数据中取得本地变量和操作数堆栈的大小，创建一个合适大小和帧，然后压入Java堆栈中。
1、本地变量（Local Variables）
本地变量在Java堆栈帧中被组织为一个从0计数的数组，指令通过提供他们的索引从本地变量区中取得相应的值。Int,float,reference, returnValue占一个字，byte,short,char被转换成int然后存储，long和doubel占两个字。
指令通过提供两个字索引中的前一个来取得long,doubel的值。比如一个long的值存储在索引3，4上，指令就可以通过3来取得这个long类型的值。
本地变量区中包含了方法的参数和本地变量。编译器将方法的参数以他们申明的顺序放在数组的前面。但是编译器却可以将本地变量任意排列在本地变量数组中，甚至两个本地变量可以公用一个地址，比如，当两个本地变量在两个不交叠的区域内，就像循环变量i,j。
虚拟机的实现者可以使用任何结构来描述本地变量区中的数据，虚拟机规范中没有定义如何存储long和doubel。
2、操作数堆栈（Operand Stack）
向本地变量一样，操作数堆栈也被组织为一个以字为单位的数组。但是不像本地变量那样通过索引访问，而是通过push和pop值来实现访问的。如果一个指令push一个值到堆栈中，那么下一个指令就可以pop并且使用这个值。
操作数堆栈不像程序计数器那样不可以被指令直接访问，指令可以直接访问操作数堆栈。Java虚拟机是一个以堆栈为基础，而不是以寄存器为基础的，因为它的 指令从堆栈中取得操作数，而不是同寄存器中。当然，指令也可以从其他地方去的操作数，比如指令后面的操作码，或者常量池。但是Java虚拟机指令主要是从 操作数堆栈中取得他们需要的操作数。
Java虚拟机将操作数堆栈视为工作区，很多指令通过先从操作数堆栈中pop值，在处理完以后再将结果push回操作数堆栈。一个add的指令执行过程如 下图所示：先执行iload_0和iload_1两条指令将需要相加的两个数，从本地方法区中取出，并push到操作数堆栈中；然后执行iadd指令，现 pop出两个值，相加，并将结果pusp进操作数堆栈中；最后执行istore_2指令，pop出结果，赋值到本地方法区中。
3、帧数据（Frame Data）
处理本地变量和操作数堆栈以外，java堆栈帧还包括了为了支持常量池，方法返回值和异常分发需要的数据，他们被保存在帧数据中。
当虚拟机遇到使用指向常量池引用的指令时，就会通过帧数据中指向常量区的指针来访问所需要的信息。前面提到过，常量区中的引用在最开始时都是符号引用。即使当虚拟机检查这些引用时，他们也是字符引用。所以虚拟机需要在这时转换这个引用。
当一个方法正常返回时，虚拟机需要重建那个调用这个方法的方法的堆栈帧。如果执行完的方法有返回值，虚拟机就需要将这个值push进调用方法的哪个操作数堆栈中。
帧数据中也包含虚拟机用来处理异常的异常表的引用。异常表定义了一个被catch语句保护的一段字节码。每一个异常表中的个体又包含了需要保护的字节玛的 范围，和异常被捕捉到时需要执行的字节码的位置。当一个方法抛出一个异常时，Java虚拟机就是用异常表去判断如何处理这个异常。如果虚拟机找到了一个匹 配的catch，他就会将控制权交给catch语句。如果没有找到匹配的catch，方法就会异常返回，然后再调用的方法中继续这个过程。
除了以上的三个用途外，帧数据还可能包含一些依赖于实现的数据，比如调试的信息。

十二、本地方法堆栈
本地方法区依赖于虚拟机的不同实现。虚拟机的实现者可以自己决定使用哪一种机制去执行本地方法。
任何本地方法接口（Native Method Interface）都使用某种形式的本地方法堆栈。

十三、执行引擎
一个java虚拟机实现的核心就是执行引擎。在Java虚拟机规范，执行引擎被描述为一系列的指令。对于每一个指令，规范都描述了他们应该做什么，但是没有说要如何去做。
1、指令集
在Java虚拟机中一个方法的字节码流就是一个指令的序列。每一个指令由一个字节的操作码（Opcode）和可能存在的操作数（Operands）。操作 码指示去做什么，操作数提供一些执行这个操作码可能需要的额外的信息。一个抽象的执行引擎每次执行一个指令。这个过程发生在每一个执行的线程中。
有时，执行引擎可能会遇到一个需要调用本地方法的指令，在这种情况下，执行引擎会去试图调用本地方法，但本地方法返回时，执行引擎会继续执行字节码流中的下一个指令。本地方法也可以看成对Java虚拟机中的指令集的一种扩充。
决定下一步执行那一条指令也是执行引擎工作的一部分。执行引擎有三种方法去取得下一条指令。多数指令会执行跟在他会面的指令；一些像goto， return的指令，会在他们执行的时候决定他们的下一条指令；当一个指令抛出异常时，执行引擎通过匹配catch语句来决定下一条应该执行的指令。
平台独立性、网络移动性、安全性左右了Java虚拟机指令集的设计。平台独立性是指令集设计的主要影响因素之一。基于堆栈的结构使得Java虚拟机可以在 更多的平台上实现。更小的操作码，紧凑的结构使得字节码可以更有效的利用网络带宽。一次性的字节码验证，使得字节码更安全，而不影响太多的性能。
2、执行技术
许多种执行技术可以用在Java虚拟机的实现中：解释执行，及时编译（just-in-time compiling），hot-spot compiling,native execution in silicon。
3、线程
Java虚拟机规范定义了一种为了在更多平台上实现的线程模型。Java线程模型的一个目标时可以利用本地线程。利用本地线程可以让Java程序中的线程能过在多处理器机器上真正的同时执行。
Java线程模型的一个代价就是线程优先级，一个Java线程可以在1-10的优先级上运行。1最低，10最高。如果设计者使用了本地线程，他们可能将这 10个优先级映射到本地优先级上。Java虚拟机规范只定义了，高一点优先级的线程可以却一些cpu时间，低优先级的线程在所有高优先级线程都堵塞时，也 可以获取一些cpu时间，但是这没有保证：低优先级的线程在高优先级线程没有堵塞时不可以获得一定的cpu时间。因此，如果需要在不同的线程间协作，你必 须使用的“同步（synchronizatoin）”。
同步意味着两个部分：对象锁（object locking）和线程等待、激活(thread wait and notify)。对象锁帮助线程可以不受其他线程的干扰。线程等待、激活可以让不同的线程进行协作。
在Java虚拟机的规范中，Java线程被描述为变量、主内存、工作内存。每一个Java虚拟机的实例都有一个主内存，他包含了所有程序的变量：对象、数组合类变量。每一个线程都有自己的工作内存，他保存了哪些他可能用到的变量的拷贝。规则：
1）、从主内存拷贝变量的值到工作内存中
2）、将工作内存中的值写会主内存中
如果一个变量没有被同步化，线程可能以任何顺序更新主内存中的变量。为了保证多线程程序的正确的执行，必须使用同步机制。

十四、本地方法接口（Native Method Interface）
Java虚拟机的实现并不是必须实现本地方法接口。一些实现可能根本不支持本地方法接口。Sun的本地方法接口是JNI(Java Native Interface)。

十五、现实中的机器（The Real Machine）

十六、数学方法：仿真(Eternal Math : A Simulation)

六、分布式开发简介

1 概述
分布式应用程序就是指应用程序分布在不同计算机上，通过网络来共同完成一项任务，通常为服务器/客户端模式。更广义上理解“分布”，不只是应用程序，还包括数据库等，分布在不同计算机，完成同一个任务。之所以要把一个应用程序分布在不同的计算机上，主要有两个目的：

1. 分散服务器的压力
   大型系统中，模块众多，并发量大，仅用一个服务器承载往往会发生压力过大而导致系统瘫痪的情况。可以在横向和纵向两方面来进行拆分，把这些模块部署到不同的服务器上。这样整个系统的压力就分布到了不同的服务器上。
    横向：按功能划分。
    纵向：N层架构，其中的一些层分布到不同的服务器上（分层的概念会在后文进行介绍）。
2. 提供服务，功能重用
   使用服务进行功能重用比使用组件进行代码重用更进一层。举例来说，如果在一个系统中的三个模块都需要用到报表功能，一种方法是把报表功能做成一个单独的组件，然后让三个模块都引用这个组件，计算操作由三个模块各自进行；另一种方法是把报表功能做成单独的服务，让这三个模块直接使用这个服务来获取数据，所有的计算操作都在一处进行，很明显后者的方案会比前者好得多。
   服务不仅能对内提供还能对外提供，如果其他合作伙伴需要使用我们的报表服务，我们又不想直接把所有的信息都公开给它们。在这种情况下组件方式就不是很合理了，通过公开服务并对服务的使用方做授权和验证，那么我们既能保证合作伙伴能得到他们需要的数据，又能保证核心的数据不公开。

2 架构
分布式的系统架构，主要从以下几个方面来考虑：分层、面向服务以及分布式数据库。
2.1 分层模型
一般地，我们将应用程序功能分为三个方面，对应3层架构模式。它们是数据层、中间层（业务逻辑层）和表示层，如下图所示。

1. 数据层：存储数据以及从数据库中获得较为原始的数据。
2. 业务逻辑层：介于数据层和表示层之间，负责处理来自数据存储或发送给数据存储的数据，把数据转换成符合商务规则的有意义的信息。
3. 表示层：从业务逻辑层获得信息并显示给用户，负责与用户的交互。

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三层架构模式，将业务逻辑和数据存储分离，并分别用独立的服务器来承载，有利于分散系统的压力。其优点具体如下所示：

1. 因为客户机不包含业务逻辑，所以它们变得更加简洁。这就使部署和维护工作更加容易，因为更新业务逻辑只需要对应用服务器进行操作。
2. 客户机与数据库细节相分离。应用服务器能够与几个不同的数据源（分布在不同的数据库服务器上，下文中会对分布式数据库系统进行介绍）协同工作，并且只对客户机提供单一的访问点。
3. 如果设计正确，业务逻辑就能够被分布到几个负载均衡的应用服务器上。如果用户需求增加，则可以添加更多的服务器以满足要求。同时，可以将业务逻辑发布为服务，供客户端应用程序或者其它服务调用，构建成面向服务的系统架构。

2.2 面向服务
一家汽车租赁公司决定创建一个新的应用程序，用于汽车预定。该租车预定应用程序的创建者知道，应用程序所实现的业务逻辑必须能够让公司内外运行的其它软件访问。因此，他们决定以面向服务的方式来创建此应用程序，并通过定义完善的一组服务，将此应用程序的逻辑公开给其他软件。

为了实现这些服务并使之与其他软件进行通信，这一新应用程序将使用 .Net Framework的分布式计算技术，主要有：

1. ASP.NET Web 服务

它使用Soap交互信息，是跨平台，跨语言的，目前大多数平台都支持基本的 Web 服务，所以在 WCF 发布之前，这是实现跨供应商互操作性的最直接的方法。一般用在B/S结构的系统中，需要IIS进行启动。

下图演示了客户机消费Web服务的情形。客户机可以是一个Web应用程序、另一个Web服务等。

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Web服务的消费者调用名为Method()的Web服务上的方法。实际调用向下层传播，作为Soap消息通过网络，并向上层传播到Web服务。Web服务执行并响应（如果有的话）。实现Web服务与客户机之间的双向通知或者发布/订阅功能是可能的，但是必须手工完成。客户机可以实现自己的Web服务并在对服务器的调用中传递该Web服务的引用。服务器可以保存引用，然后回调给客户机。

2. .NET Remoting
   专门为紧密耦合的 .NET 到 .NET 通信而设计，它为本地网络中的应用程序提供了无缝而直接的开发体验。一般用在C/S结构的系统中，需要通过一个WinForm或是Windows服务进行启动。
3. Microsoft 消息队列 (MSMQ)
   提供持久稳定的消息传送，这通常是间歇式连接的应用程序的最佳解决方案。这些应用程序对数据传送、工作量分离以及应用程序生存期均要求有保证。
4. WCF服务
   WCF是使用托管代码建立和运行面向服务的应用程序的统一架构，是开发者可以建立一个跨平台(可与在J2EE 服务器构建、非 Windows 系统上运行的应用程序通信)、安全、可信赖、事务性的解决方案，能与目前已有的分布式系统兼容。它是微软分布式应用程序开发的集大成者，整合了.Net 平台下所有和分布式系统有关的技术。

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以通信范围而言，WCF可以跨进程（同一机器上不同的应用程序之间的通信）、跨子网、企业网（局域网内不同的机器之间的通信）甚至于Internet（互联网中不同的机器之间的通信）。从宿主程序而言，可以是ASP.NET，EXE , WPF(Windows Presentation Foundation), Windows Forms, NT Service, COM+.

2.3 分布式数据库系统
分布式数据库系统由分布于多个计算机结点上的若干个数据库系统组成,它提供有效的存取手段来操纵这些结点上的子数据库。分布式数据库在使用上可视为一个完整的数据库,而实际上它是分布在地理分散的各个结点上。分布式数据库系统适合于单位分散的部门，允许各个部门将其常用的数据存储在本地，实施就地存放本地使用，从而提高响应速度，降低通信费用。它有以下优点：

1. 解决组织机构分散而数据需要相互联系的问题。比如银行系统，总行与各分行处于不同的城市或城市中的各个地区，在业务上它们需要处理各自的数据，也需要彼此之间的交换和处理，这就需要分布式的系统。
2. 均衡负载。负载在各处理机间分担，可避免临界瓶颈。
3. 可靠性高。数据分布在不同场地，且存有多个副本，即使个别场地发生故障，不致引起整个系统的瘫痪。
4. 可扩充性好。当需要增加新的相对自主的组织单位时，可在对当前机构影响最小的情况下进行扩充。
5. 提高系统性能系统。可以根据距离选择离用户最近的数据副本进行操作，减少通信代价，改善整个系统的性能。
   分布式数据库系统虽然有诸多优点，但它同时也带来了许多新问题。如：数据一致性问题、更新同步以及查询分解等的复杂性、数据远程传递的实现、通信开销的降低等，这使得分布式数据库系统的开发变得较为复杂。

3 总结
分布式应用程序的开发，要对应用程序进行分层，各层之间相互独立，通过服务或接口来进行调用，不仅便于开发的管理，也有利于集成其他平台上的应用程序，实现了功能模块的复用、重用，提高了应用程序的可扩展性。在业务数据量多的情况下，还要考虑构建分布式的数据库系统，这可以通过DBMS自动管理的数据订阅、分发技术实现数据库的数据同步，以达到数据共享的目的；也可以与一些分布式的计算技术结合起来，比如说.NET Remoting技术来解决各数据库之间的通信问题，等等。
针对大型的网站应用，分布式部署策略可以从以下几个方面考虑：

1. 代理服务器实现请求的分离 。
2. 缓存的分布式部署，提高系统性能。
3. 拆分网站的对外功能，例如不同域名前、后缀，URL 重写。
4. 面向服务，每个服务分布到一台服务器上 。
5. 数据库的分布式集群部署。
6. 设立专门的应用服务器。比如发送邮件通知的服务。

七、TCP协议三次握手连接四次挥手断开和DOS攻击

TCP连接的状态图

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TCP建立连接的三次握手过程，以及关闭连接的四次握手过程

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贴一个telnet建立连接，断开连接的使用wireshark捕获的packet截图

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1、建立连接协议（三次握手）
（1）客户 端发送一个带SYN标志的TCP报文到服务器。这是三次握手过程中的报文1。
（2） 服务器端回应客户端的，这是三次握手中的第2个报文，这个报文同时带ACK标志和SYN标志。因此它表示对刚才客户端SYN报文的回应；同时又标志SYN给客户端，询问客户端是否准备好进行数据通 讯。
（3） 客户必须再次回应服务段一个ACK报文，这是报文段3。

2、连接终止协议（四次握手）
　 　由于TCP连 接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。
　（1） TCP客 户端发送一个FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送（报文段4）。
　（2） 服务器收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1（报文段5）。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。
　（3） 服务器关闭客户端的连接，发送一个FIN给客户端（报文段6）。
　（4） 客户段发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1（报文段7）。

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CLOSED: 这个没什么好说的了，表示初始状态。
LISTEN: 这个也是非常容易理解的一个状态，表示服务器端的某个SOCKET处 于监听状态，可以接受连接了。
SYN_RCVD: 这个状态表示接受到了SYN报文，在正常情况下，这个状态是服务器端的SOCKET在建立TCP连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态，很短暂，基本上用netstat你是很难看到这种状态的，除非你特意写了一个客户端测试程序，故意将三次TCP握手过程中最后一个ACK报文不予发送。因此这种状态时，当收到客户端的ACK报文 后，它会进入到ESTABLISHED状态。
SYN_SENT: 这个状态与SYN_RCVD遥想呼应，当客户端SOCKET执行CONNECT连接时，它首先发送SYN报文，因此也随即它会进入到了SYN_SENT状态，并等待服务端的发送三次握手中的第2个报文。SYN_SENT状态表示客户端已发送SYN报文。
ESTABLISHED：这个容易理解了，表示连接已经建立了。
FIN_WAIT_1: 这个状态要好好解释一下，其实FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。而这两种状态的区别是：FIN_WAIT_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时，它想主动关闭连接，向对方发送了FIN报文，此时该SOCKET即进入到FIN_WAIT_1状态。而当对方回应ACK报文后，则进入到FIN_WAIT_2状态，当然在实际的正常情况下，无论对方何种情况下，都应该马上回应ACK报文，所以FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的，而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到。
FIN_WAIT_2：上面已经详细解释了这种状态，实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET，表示半连接，也即有一方要求close连接，但另外还告诉对方，我暂时还有点数据需要传送给你，稍后再关闭连接。
TIME_WAIT: 表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。如果FIN_WAIT_1状态下，收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入到TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态。
CLOSING: 这种状态比较特殊，实际情况中应该是很少见，属于一种比较罕见的例外状态。正常情况下，当你发送FIN报文后，按理来说是应该先收到（或同时收到）对方的ACK报文，再收到对方的FIN报文。但是CLOSING状态表示你发送FIN报文后，并没有收到对方的ACK报文，反而却也收到了对方的FIN报文。什么情况下会出现此种情况呢？其实细想一下，也不难得出结论：那就是如果双方几乎在同时close一个SOCKET的话，那么就出现了双方同时发送FIN报文的情况，也即会出现CLOSING状态，表示双方都正在关闭SOCKET连接。
CLOSE_WAIT: 这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢？当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己，你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对方，此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢，实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方，如果没有的话，那么你也就可以close这个SOCKET，发送FIN报文给对方，也即关闭连接。所以你在CLOSE_WAIT状态下，需要完成的事情是等待你去关闭连接。
LAST_ACK: 这个状态还是比较容易好理解的，它是被动关闭一方在发送FIN报文后，最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后，也即可以进入到CLOSED可用状态了。

补充：
a. 默认情况下(不改变socket选项)，当你调用close( or closesocket，以下说close不再重复)时，如果发送缓冲中还有数据，TCP会继续把数据发送完。
b. 发送了FIN只是表示这端不能继续发送数据(应用层不能再调用send发送)，但是还可以接收数据。
c. 应用层如何知道对端关闭？通常，在最简单的阻塞模型中，当你调用recv时，如果返回0，则表示对端关闭。在这个时候通常的做法就是也调用close，那么TCP层就发送FIN，继续完成四次握手。如果你不调用close，那么对端就会处于FIN_WAIT_2状态，而本端则会处于CLOSE_WAIT状态。这个可以写代码试试。
d. 在很多时候，TCP连接的断开都会由TCP层自动进行，例如你CTRL+C终止你的程序，TCP连接依然会正常关闭，你可以写代码试试。

1、 为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？
这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

2、 为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？
什么是2MSL？MSL即Maximum Segment Lifetime，也就是报文最大生存时间，引用《TCP/IP详解》中的话：“它(MSL)是任何报文段被丢弃前在网络内的最长时间。”那么，2MSL也就是这个时间的2倍，当TCP连接完成四个报文段的交换时，主动关闭的一方将继续等待一定时间(2-4分钟)，即使两端的应用程序结束。例如在上面的telnet程序客户端关闭后，使用netstat查看的结果:
C:>netstat -na | find "172.29.21.25"
TCP 172.29.132.60:2795 172.29.21.25:23 TIME_WAIT

为什么需要这个2MSL呢，
第一，虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到，因此对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。
第二，报文可能会被混淆，意思是说，其他时候的连接可能会被当作本次的连接。直接引用《The TCP/IP Guide》的说法：The second is to provide a “buffering period” between the end of this connection and any subsequent ones. If not for this period, it is possible that packets from different connections could be mixed, creating confusion.

当某个连接的一端处于TIME_WAIT状态时，该连接将不能再被使用。事实上，对于我们比较有现实意义的是，这个端口将不能再被使用。某个端口处于TIME_WAIT状态(其实应该是这个连接)时，这意味着这个TCP连接并没有断开(完全断开)，那么，如果你bind这个端口，就会失败。对于服务器而言，如果服务器突然crash掉了，那么它将无法在2MSL内重新启动，因为bind会失败。解决这个问题的一个方法就是设置socket的SO_REUSEADDR选项。这个选项意味着你可以重用一个地址。

当建立一个TCP连接时，服务器端会继续用原有端口监听，同时用这个端口与客户端通信。而客户端默认情况下会使用一个随机端口与服务器端的监听端口通信。有时候，为了服务器端的安全性，我们需要对客户端进行验证，即限定某个IP某个特定端口的客户端。客户端可以使用bind来使用特定的端口。对于服务器端，当设置了SO_REUSEADDR选项时，它可以在2MSL内启动并listen成功。但是对于客户端，当使用bind并设置SO_REUSEADDR时，如果在2MSL内启动，虽然bind会成功，但是在windows平台上connect会失败。而在linux上则不存在这个问题。(我的实验平台：winxp, ubuntu7.10)

要解决windows平台的这个问题，可以设置SO_LINGER选项。SO_LINGER选项决定调用close时TCP的行为。SO_LINGER涉及到linger结构体，如果设置结构体中l_onoff为非0，l_linger为0，那么调用close时TCP连接会立刻断开，TCP不会将发送缓冲中未发送的数据发送，而是立即发送一个RST报文给对方，这个时候TCP连接(关闭时)就不会进入TIME_WAIT状态。如你所见，这样做虽然解决了问题，但是并不安全。通过以上方式设置SO_LINGER状态，等同于设置SO_DONTLINGER状态。

当TCP连接发生一些物理上的意外情况时，例如网线断开，linux上的TCP实现会依然认为该连接有效，而windows则会在一定时间后返回错误信息。这似乎可以通过设置SO_KEEPALIVE选项来解决，不过不知道这个选项是否对于所有平台都有效。

3. 为什么不能用两次握手进行连接？
   我们知道，3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。
   现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

DoS攻击
DoS攻击、DDoS攻击和DRDoS攻击相信大家已经早有耳闻了吧!DoS是Denial of Service的简写就是拒绝服务，而DDoS就是Distributed Denial of Service的简写就是分布式拒绝服务,而DRDoS就是Distributed Reflection Denial of Service的简写,这是分布反射式拒绝服务的意思。
不过这3中攻击方法最厉害的还是DDoS，那个DRDoS攻击虽然是新近出的一种攻击方法，但它只是DDoS攻击的变形，它的唯一不同就是不用占领大量的“肉鸡”。这三种方法都是利用TCP三次握手的漏洞进行攻击的，所以对它们的防御办法都是差不多的。

DoS攻击是最早出现的，它的攻击方法说白了就是单挑，是比谁的机器性能好、速度快。但是现在的科技飞速发展，一般的网站主机都有十几台主机，而且各个主机的处理能力、内存大小和网络速度都有飞速的发展，有的网络带宽甚至超过了千兆级别。这样我们的一对一单挑式攻击就没有什么作用了，搞不好自己的机子就会死掉。举个这样的攻击例子，假如你的机器每秒能够发送10个攻击用的数据包，而被你攻击的机器(性能、网络带宽都是顶尖的)每秒能够接受并处理100攻击数据包，那样的话，你的攻击就什么用处都没有了，而且非常有死机的可能。要知道，你若是发送这种1Vs1的攻击，你的机器的CPU占用率是90%以上的，你的机器要是配置不够高的话，那你就死定了。
不过，科技在发展，黑客的技术也在发展。正所谓道高一尺，魔高一仗。经过无数次当机，黑客们终于又找到一种新的DoS攻击方法，这就是DDoS攻击。它的原理说白了就是群殴，用好多的机器对目标机器一起发动 DoS攻击，但这不是很多黑客一起参与的，这种攻击只是由一名黑客来操作的。这名黑客不是拥有很多机器，他是通过他的机器在网络上占领很多的“肉鸡”，并且控制这些“肉鸡”来发动DDoS攻击，要不然怎么叫做分布式呢。还是刚才的那个例子，你的机器每秒能发送10攻击数据包，而被攻击的机器每秒能够接受100的数据包，这样你的攻击肯定不会起作用，而你再用10台或更多的机器来对被攻击目标的机器进行攻击的话，嘿嘿!结果我就不说了。
DRDoS分布反射式拒绝服务攻击这是DDoS攻击的变形，
解释:
SYN:(Synchronize sequence numbers)用来建立连接，在连接请求中，SYN=1，ACK=0，连接响应时，SYN=1，ACK=1。即，SYN和ACK来区分Connection Request和Connection Accepted。
RST:(Reset the connection)用于复位因某种原因引起出现的错误连接，也用来拒绝非法数据和请求。如果接收到RST位时候，通常发生了某些错误。
ACK:(Acknowledgment field significant)置1时表示确认号(Acknowledgment Number)为合法，为0的时候表示数据段不包含确认信息，确认号被忽略。

设我们要准备建立连接，服务器正处于正常的接听状态。
　　第一步:我们也就是客户端发送一个带SYN位的请求，向服务器表示需要连接，假设请求包的序列号为10，那么则为:SYN=10，ACK=0，然后等待服务器的回应。
　　第二步:服务器接收到这样的请求包后，查看是否在接听的是指定的端口，如果不是就发送RST=1回应，拒绝建立连接。如果接收请求包，那么服务器发送确认回应，SYN为服务器的一个内码，假设为100，ACK位则是客户端的请求序号加1，本例中发送的数据是:SYN=100，ACK=11，用这样的数据回应给我们。向我们表示，服务器连接已经准备好了，等待我们的确认。这时我们接收到回应后，分析得到的信息，准备发送确认连接信号到服务器。
　　第三步:我们发送确认建立连接的信息给服务器。确认信息的SYN位是服务器发送的ACK位，ACK位是服务器发送的SYN位加1。即:SYN=11，ACK=101。
　　这样我们的连接就建立起来了。

DDoS究竟如何攻击?目前最流行也是最好用的攻击方法就是使用SYN-Flood进行攻击，SYN-Flood也就是SYN洪水攻击。SYN-Flood不会完成TCP三次握手的第三步，也就是不发送确认连接的信息给服务器。这样，服务器无法完成第三次握手，但服务器不会立即放弃，服务器会不停的重试并等待一定的时间后放弃这个未完成的连接，这段时间叫做SYN timeout，这段时间大约30秒-2分钟左右。若是一个用户在连接时出现问题导致服务器的一个线程等待1分钟并不是什么大不了的问题，但是若有人用特殊的软件大量模拟这种情况，那后果就可想而知了。一个服务器若是处理这些大量的半连接信息而消耗大量的系统资源和网络带宽，这样服务器就不会再有空余去处理普通用户的正常请求(因为客户的正常请求比率很小)。这样这个服务器就无法工作了，这种攻击就叫做:SYN-Flood攻击。

到目前为止，进行DDoS攻击的防御还是比较困难的。首先，这种攻击的特点是它利用了TCP/IP协议的漏洞，除非你不用TCP/IP，才有可能完全抵御住DDoS攻击。不过这不等于我们就没有办法阻挡DDoS攻击，我们可以尽力来减少DDoS的攻击。下面就是一些防御方法:
1.确保服务器的系统文件是最新的版本，并及时更新系统补丁。
2.关闭不必要的服务。
3.限制同时打开的SYN半连接数目。
4.缩短SYN半连接的time out 时间。
5.正确设置防火墙
6.禁止对主机的非开放服务的访问
7.限制特定IP地址的访问
8.启用防火墙的防DDoS的属性
9.严格限制对外开放的服务器的向外访问
10.运行端口映射程序祸端口扫描程序，要认真检查特权端口和非特权端口。
11.认真检查网络设备和主机/服务器系统的日志。只要日志出现漏洞或是时间变更，那这台机器就可能遭到了攻击。
12.限制在防火墙外与网络文件共享。这样会给黑客截取系统文件的机会，主机的信息暴露给黑客，无疑是给了对方入侵的机会。