關于Java虛擬機HotSpot
我們寫的主類中的main()
方法是如何被Java
虛擬機調用到的?在Java
類中的一些方法會被由C/C++
編寫的HotSpot
虛擬機的C/C++函數(shù)調用,不過由于Java方法與C/C++函數(shù)的調用約定不同,所以并不能直接調用,需要JavaCalls::call()
這個函數(shù)輔助調用。(我把由C/C++編寫的叫函數(shù),把Java編寫的叫方法,后續(xù)也會延用這樣的叫法)如下圖所示。
從C/C++函數(shù)中調用的一些Java方法主要有:
- (1)Java主類中的main()方法;
- (2)Java主類裝載時,調用
JavaCalls::call()
函數(shù)執(zhí)行checkAndLoadMain()
方法; - (3)類的初始化過程中,調用
JavaCalls::call()
函數(shù)執(zhí)行的Java類初始化方法<clinit>,可以查看JavaCalls::call_default_constructor()
函數(shù),有對<clinit>方法的調用邏輯; - (4)我們先省略main方法的執(zhí)行流程(其實main方法的執(zhí)行也是先啟動一個JavaMain線程,套路都是一樣的),單看某個
JavaThread
的啟動過程。JavaThread的啟動最終都要通過一個native方法java.lang.Thread#start0()
方法完成的,這個方法經過解釋器的native_entry入口,調用到了JVM_StartThread()
函數(shù)。其中的static void thread_entry(JavaThread* thread, TRAPS)
函數(shù)中會調用JavaCalls::call_virtual()
函數(shù)。JavaThread最終會通過JavaCalls::call_virtual()函數(shù)來調用字節(jié)碼中的run()方法; - (5)在
SystemDictionary::load_instance_class()
這個能體現(xiàn)雙親委派的函數(shù)中,如果類加載器對象不為空,則會調用這個類加載器的loadClass()
函數(shù)(通過call_virtual()函數(shù)來調用)來加載類。
當然還會有其它方法,這里就不一一列舉了。通過JavaCalls::call()
、JavaCalls::call_helper()
等函數(shù)調用Java方法,這些函數(shù)定義在JavaCalls類中,
這個類的定義如下:
從C/C++函數(shù)中調用的一些Java方法主要有:
- (1)Java主類中的
main()
方法; - (2)Java主類裝載時,調用
JavaCalls::call()
函數(shù)執(zhí)行checkAndLoadMain()
方法; - (3)類的初始化過程中,調用
JavaCalls::call()
函數(shù)執(zhí)行的Java類初始化方法<clinit>,可以查看JavaCalls::call_default_constructor()
函數(shù),有對<clinit>方法的調用邏輯; - (4)我們先省略main方法的執(zhí)行流程(其實main方法的執(zhí)行也是先啟動一個JavaMain線程,套路都是一樣的),單看某個
JavaThread
的啟動過程。JavaThread的啟動最終都要通過一個native方法java.lang.Thread#start0()
方法完成的,這個方法經過解釋器的native_entry入口,調用到了JVM_StartThread()
函數(shù)。其中的static void thread_entry(JavaThread* thread, TRAPS)
函數(shù)中會調用JavaCalls::call_virtual()
函數(shù)。JavaThread
最終會通過JavaCalls::call_virtual()
函數(shù)來調用字節(jié)碼中的run()方法; - (5)在
SystemDictionary::load_instance_class()
這個能體現(xiàn)雙親委派的函數(shù)中,如果類加載器對象不為空,則會調用這個類加載器的loadClass()
函數(shù)(通過call_virtual()函數(shù)來調用)來加載類。
當然還會有其它方法,這里就不一一列舉了。通過JavaCalls::call()
、JavaCalls::call_helper()
等函數(shù)調用Java方法,這些函數(shù)定義在JavaCalls類中,
這個類的定義如下:
源代碼位置:openjdk/hotspot/src/share/vm/runtime/javaCalls.hpp class JavaCalls: AllStatic { static void call_helper(JavaValue* result, methodHandle* method, JavaCallArguments* args, TRAPS); public: static void call_default_constructor(JavaThread* thread, methodHandle method, Handle receiver, TRAPS); // 使用如下函數(shù)調用Java中一些特殊的方法,如類初始化方法<clinit>等 // receiver表示方法的接收者,如A.main()調用中,A就是方法的接收者 static void call_special(JavaValue* result, KlassHandle klass, Symbol* name,Symbol* signature, JavaCallArguments* args, TRAPS); static void call_special(JavaValue* result, Handle receiver, KlassHandle klass,Symbol* name, Symbol* signature, TRAPS); static void call_special(JavaValue* result, Handle receiver, KlassHandle klass,Symbol* name, Symbol* signature, Handle arg1, TRAPS); static void call_special(JavaValue* result, Handle receiver, KlassHandle klass,Symbol* name, Symbol* signature, Handle arg1, Handle arg2, TRAPS); // 使用如下函數(shù)調用動態(tài)分派的一些方法 static void call_virtual(JavaValue* result, KlassHandle spec_klass, Symbol* name,Symbol* signature, JavaCallArguments* args, TRAPS); static void call_virtual(JavaValue* result, Handle receiver, KlassHandle spec_klass,Symbol* name, Symbol* signature, TRAPS); static void call_virtual(JavaValue* result, Handle receiver, KlassHandle spec_klass,Symbol* name, Symbol* signature, Handle arg1, TRAPS); static void call_virtual(JavaValue* result, Handle receiver, KlassHandle spec_klass,Symbol* name, Symbol* signature, Handle arg1, Handle arg2, TRAPS); // 使用如下函數(shù)調用Java靜態(tài)方法 static void call_static(JavaValue* result, KlassHandle klass,Symbol* name, Symbol* signature, JavaCallArguments* args, TRAPS); static void call_static(JavaValue* result, KlassHandle klass,Symbol* name, Symbol* signature, TRAPS); static void call_static(JavaValue* result, KlassHandle klass,Symbol* name, Symbol* signature, Handle arg1, TRAPS); static void call_static(JavaValue* result, KlassHandle klass,Symbol* name, Symbol* signature, Handle arg1, Handle arg2, TRAPS); // 更低一層的接口,如上的一些函數(shù)可能會最終調用到如下這個函數(shù) static void call(JavaValue* result, methodHandle method, JavaCallArguments* args, TRAPS); };
如上的函數(shù)都是自解釋的,通過名稱我們就能看出這些函數(shù)的作用。其中JavaCalls::call()
函數(shù)是更低一層的通用接口。Java虛擬機規(guī)范定義的字節(jié)碼指令共有5個,分別為invokestatic
、invokedynamic
、invokestatic
、invokespecial
、invokevirtual
幾種方法調用指令。這些call_static()
、call_virtual()
函數(shù)內部調用了call()函數(shù)。這一節(jié)我們先不介紹各個方法的具體實現(xiàn)。下一篇將詳細介紹。
我們選一個重要的main()
方法來查看具體的調用邏輯。如下基本照搬R大的內容,不過我略做了一些修改,如下:
假設我們的Java主類的類名為JavaMainClass
,下面為了區(qū)分java launcher
里C/C++的main()
與Java
層程序里的main(),把后者寫作JavaMainClass.main()方
法。
從剛進入C/C++的main()函數(shù)開始:
啟動并調用HotSpot虛擬機的main()函數(shù)的線程執(zhí)行的主要邏輯如下:
main() -> //... 做一些參數(shù)檢查 -> //... 開啟新線程作為main線程,讓它從JavaMain()函數(shù)開始執(zhí)行;該線程等待main線程執(zhí)行結束
在如上線程中會啟動另外一個線程執(zhí)行JavaMain()函數(shù),如下:
JavaMain() -> //... 找到指定的JVM -> //... 加載并初始化JVM -> //... 根據Main-Class指定的類名加載JavaMainClass -> //... 在JavaMainClass類里找到名為"main"的方法,簽名為"([Ljava/lang/String;)V",修飾符是public的靜態(tài)方法 -> (*env)->CallStaticVoidMethod(env, mainClass, mainID, mainArgs); // 通過JNI調用JavaMainClass.main()方法
以上步驟都還在java launcher
的控制下;當控制權轉移到JavaMainClass.main()
方法之后就沒java launcher
什么事了,等JavaMainClass.main()
方法返回之后java launcher
才接手過來清理和關閉JVM。
下面看一下調用Java主類main()
方法時會經過的主要方法及執(zhí)行的主要邏輯,如下:
// HotSpot VM里對JNI的CallStaticVoidMethod的實現(xiàn)。留意要傳給Java方法的參數(shù) // 以C的可變長度參數(shù)傳入,這個函數(shù)將其收集打包為JNI_ArgumentPusherVaArg對象 -> jni_CallStaticVoidMethod() // 這里進一步將要傳給Java的參數(shù)轉換為JavaCallArguments對象傳下去 -> jni_invoke_static() // 真正底層實現(xiàn)的開始。這個方法只是層皮,把JavaCalls::call_helper() // 用os::os_exception_wrapper()包裝起來,目的是設置HotSpot VM的C++層面的異常處理 -> JavaCalls::call() -> JavaCalls::call_helper() -> //... 檢查目標方法是否為空方法,是的話直接返回 -> //... 檢查目標方法是否“首次執(zhí)行前就必須被編譯”,是的話調用JIT編譯器去編譯目標方法 -> //... 獲取目標方法的解釋模式入口from_interpreted_entry,下面將其稱為entry_point -> //... 確保Java棧溢出檢查機制正確啟動 -> //... 創(chuàng)建一個JavaCallWrapper,用于管理JNIHandleBlock的分配與釋放, // 以及在調用Java方法前后保存和恢復Java的frame pointer/stack pointer //... StubRoutines::call_stub()返回一個指向call stub的函數(shù)指針, // 緊接著調用這個call stub,傳入前面獲取的entry_point和要傳給Java方法的參數(shù)等信息 -> StubRoutines::call_stub()(...) // call stub是在VM初始化時生成的。對應的代碼在 // StubGenerator::generate_call_stub()函數(shù)中 -> //... 把相關寄存器的狀態(tài)調整到解釋器所需的狀態(tài) -> //... 把要傳給Java方法的參數(shù)從JavaCallArguments對象解包展開到解釋模 // 式calling convention所要求的位置 -> //... 跳轉到前面?zhèn)魅氲膃ntry_point,也就是目標方法的from_interpreted_entry -> //... 在-Xcomp模式下,實際跳入的是i2c adapter stub,將解釋模式calling convention // 傳入的參數(shù)挪到編譯模式calling convention所要求的位置 -> //... 跳轉到目標方法被JIT編譯后的代碼里,也就是跳到 nmethod 的 VEP 所指向的位置 -> //... 正式開始執(zhí)行目標方法被JIT編譯好的代碼 <- 這里就是"main()方法的真正入口"
后面3個步驟是在編譯執(zhí)行的模式下,不過后續(xù)我們從解釋執(zhí)行開始研究,所以需要為虛擬機配置-Xint選項,有了這個選項后,Java主類的main()
方法就會解釋執(zhí)行了。
在調用Java主類main()
方法的過程中,我們看到了虛擬機是通過JavaCalls::call()
函數(shù)來間接調用main()
方法的,下一篇我們研究一下具體的調用邏輯。
到此這篇關于關于Java虛擬機HotSpot的文章就介紹到這了,更多相關Java虛擬機HotSpot內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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