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OpenJDK源碼解析之System.out.println詳解

更新時間：2021年04月25日 16:02:58 作者：黃智霖-blog

這篇文章主要介紹了OpenJDK源碼解析之System.out.println詳解,文中有非常詳細(xì)的代碼示例,對正在學(xué)習(xí)java的小伙伴們有非常好的幫助，需要的朋友可以參考下

一、前戲

可能不少小伙伴習(xí)慣在代碼中使用sout打印一些信息，就像這樣：

System.out.println("hello world!")

做為一位資深干碼人，本著弘揚黨求真務(wù)實的精神，必須得來看看這個sout有何玄機~~

首先看調(diào)用就知道，out是System類的一個公共靜態(tài)成員變量，進(jìn)入System.java中：

public final static PrintStream out = null;

嗯，不止是public，還是final的。不管，來找找out是在哪里賦值的。。。。。。日嘛找半天沒找到？那就試試直接在類中搜索： out = ，結(jié)果如下：

在這里插入圖片描述

完犢子，整個System類一共將近1300行的代碼，只找到一個和out賦值相關(guān)的，還是啥子局部變量fdOut，看起來和out屬性沒有什么關(guān)聯(lián)啊~ 往上滑滑看看這個是什么方法：

private static void initializeSystemClass() {
	......
	FileInputStream fdIn = new FileInputStream(FileDescriptor.in);
	FileOutputStream fdOut = new FileOutputStream(FileDescriptor.out);
	FileOutputStream fdErr = new FileOutputStream(FileDescriptor.err);
	setIn0(new BufferedInputStream(fdIn));
	setOut0(newPrintStream(fdOut, props.getProperty("sun.stdout.encoding")));
	setErr0(newPrintStream(fdErr, props.getProperty("sun.stderr.encoding")));
	......
}

原來如此，看到initializeSystemClass方法，似乎一切都明了了~~

二、JVM源碼分析

initializeSystemClass不是給我們調(diào)用的，這個方法會在vm線程初始化后被虛擬機調(diào)用。其定義在thread.cpp中：

static void call_initializeSystemClass(TRAPS) {
  Klass* k =  SystemDictionary::resolve_or_fail(vmSymbols::java_lang_System(), true, CHECK);
  instanceKlassHandle klass (THREAD, k);

  JavaValue result(T_VOID);
  JavaCalls::call_static(&result, klass, vmSymbols::initializeSystemClass_name(),
                                         vmSymbols::void_method_signature(), CHECK);
}

首先獲取Klass（類元信息在虛擬機中的結(jié)構(gòu)表示，就是一個c++中的類），在vmSymbols.hpp中找找java_lang_System對應(yīng)的值：

 template(java_lang_System,                          "java/lang/System")

可以看到代表的就是java.lang.System類，同時，initializeSystemClass_name也定義在vmSymbols.hpp中：

template(initializeSystemClass_name,                "initializeSystemClass")

這里使用JavaCalls::call_static就是調(diào)用java.lang.System的靜態(tài)方法initializeSystemClass。還要再啰嗦一句，call_initializeSystemClass是在何處調(diào)用的？我們回到thread.cpp中，進(jìn)入Threads::create_vm方法，在其中找到了call_initializeSystemClass方法的調(diào)用：

jint Threads::create_vm(JavaVMInitArgs* args, bool* canTryAgain) {
	......
	 call_initializeSystemClass(CHECK_0);
	......
}

然后看看Threads::create_vm是在何處調(diào)用的，我們進(jìn)入jni.cpp，找到JNI_CreateJavaVM方法：

_JNI_IMPORT_OR_EXPORT_ jint JNICALL JNI_CreateJavaVM(JavaVM **vm, void **penv, void *args) {
	......
	result = Threads::create_vm((JavaVMInitArgs*) args, &can_try_again);
	if (result == JNI_OK) {
		......
	} else {
		......	
	}
	......
}

現(xiàn)在已經(jīng)知道了，JVM啟動后會在初始化JVM的時候調(diào)用CreateJavaVM，進(jìn)而調(diào)用initializeSystemClass方法。但是out屬性是如何設(shè)置的呢？我們回到j(luò)ava.lang.System#initializeSystemClass方法：

private static void initializeSystemClass() {
	......
	FileOutputStream fdOut = new FileOutputStream(FileDescriptor.out);
	setOut0(newPrintStream(fdOut, props.getProperty("sun.stdout.encoding")));
	......
}

private static PrintStream newPrintStream(FileOutputStream fos, String enc) {
       if (enc != null) {
            try {
                return new PrintStream(new BufferedOutputStream(fos, 128), true, enc);
            } catch (UnsupportedEncodingException uee) {}
        }
        return new PrintStream(new BufferedOutputStream(fos, 128), true);
    }

這個方法中唯一和out相關(guān)的就是這個setOut0方法調(diào)用了，我們來看看這個方法：

private static native void setOut0(PrintStream out);

嗯，這個是一個native方法，沒辦法，又只有回到JVM源碼了。怎么找呢？首選組裝一下本地方法名，根據(jù)規(guī)則setOut0對應(yīng)的本地方法應(yīng)該叫：Java_java_lang_System_setOut0，我們到源碼中找找，然后在System.c中找到了該方法

JNIEXPORT void JNICALL
Java_java_lang_System_setOut0(JNIEnv *env, jclass cla, jobject stream)
{
    jfieldID fid =
        (*env)->GetStaticFieldID(env,cla,"out","Ljava/io/PrintStream;");
    if (fid == 0)
        return;
    (*env)->SetStaticObjectField(env,cla,fid,stream);
}

首先獲取了java.io.PrintStread類型的out靜態(tài)成員，嗯，這個就是我們java.lang.System類的靜態(tài)成員out：

public final static PrintStream out;

然后將stream參數(shù)賦值給它，這個stream就是initializeSystemClass方法中通過newPrintStream方法創(chuàng)建的PrintStream 對象。到現(xiàn)在我們已經(jīng)明白了，out原來是這樣賦值的，真麻煩~

趁熱打鐵，弄明白了out，接下來看看println。既然out是PrintStream對象，那么到PrintStream中看看println方法：

public void println(String x) {
        synchronized (this) {
            print(x);
            newLine();
        }
    }

Java代碼看起來是要親切多了，但是這個synchronized是個什么鬼？？？

三、坑？

前面我們發(fā)現(xiàn)println方法竟然有個synchronized關(guān)鍵字，經(jīng)常在項目中使用sout的小伙伴會不會感覺腦袋嗡嗡的？為什么要嗡嗡？不要忘記我們前面通過JVM源碼跟蹤的System.out的賦值過程，這個out可是單例！你個加了synchronized(this)的虛方法，還是單例的，如果在系統(tǒng)中進(jìn)行并發(fā)使用，后果不用我多說吧？

那可能有人就要說了，那我不用println(“hello world!”)了嘛，我換成print總行了吧？

System.out.print("hello world!");
System.out.print("\n");

因為print方法好像沒有加鎖?。?/p>

public void print(String s) {
        if (s == null) {
            s = "null";
        }
        write(s);
    }

那我們看看write方法，不好意思：

private void write(String s) {
        try {
            synchronized (this) {
                ensureOpen();
                textOut.write(s);
                textOut.flushBuffer();
                charOut.flushBuffer();
                if (autoFlush && (s.indexOf('\n') >= 0))
                    out.flush();
            }
        }
		......
    }