查找native方法的本地實現(xiàn)函數(shù)native_function詳解
在之前介紹為native方法設(shè)置解釋執(zhí)行的入口時講到過Method實例的內(nèi)存布局,如下:
對于第1個slot來說,如果是native方法,其對應(yīng)的本地函數(shù)的實現(xiàn)會放到Method實例的native_function這個slot中,將本地函數(shù)放到這個slot就是registerNative()函數(shù)要完成的。
在前面介紹為native方法生成解釋執(zhí)行入口時介紹過,當(dāng)判斷出Method::native_function還沒有值時,會調(diào)用InterpreterRuntime::prepare_native_call()函數(shù)為Method::native_function賦值。
InterpreterRuntime::prepare_native_call()函數(shù)的實現(xiàn)如下:
IRT_ENTRY(void, InterpreterRuntime::prepare_native_call( JavaThread* thread, Method* method )) methodHandle m(thread, method); bool in_base_library; // 如果Method::native_function還沒有值,需要調(diào)用NativeLookup::lookup()函數(shù) if (!m->has_native_function()) { NativeLookup::lookup(m, in_base_library, CHECK); } // 保證Method::signature_handler有值 SignatureHandlerLibrary::add(m); IRT_END
如上函數(shù)會先調(diào)用Method::has_native_function()函數(shù)檢查之前是否已經(jīng)在Method實例里記錄下了本地函數(shù)的入口地址。如果已經(jīng)記錄了的話,那么可能是JNI庫在JNI_OnLoad()函數(shù)執(zhí)行的時候調(diào)用了RegisterNatives()函數(shù)注冊了函數(shù)地址信息,也有可能不是第一次調(diào)用該native方法,之前已經(jīng)完成了查找記錄的過程。
我們在之前介紹JavaVM和JNIEnv時舉過一個使用RegisterNatives()函數(shù)注冊函數(shù)地址的小實例,如下:
static JNINativeMethod method = { // 本地方法描述 "getName", // Java方法名 "(I)Ljava/lang/String;", // Java方法簽名 (void *) getName // 綁定到對應(yīng)的本地函數(shù) }; static bool bindNative(JNIEnv *env) { jclass clazz; clazz = env->FindClass(CLASS_NAME); if (clazz == NULL) { return false; } return env->RegisterNatives(clazz, &method, 1) == 0; }
native方法getName的本地實現(xiàn)函數(shù)為getName,通過RegisterNatives()函數(shù)確定這種映射關(guān)系。RegisterNatives()函數(shù)會調(diào)用JNI函數(shù)jni_RegisterNatives(),在jni_RegisterNatives()函數(shù)中調(diào)用register_native()函數(shù),register_native()函數(shù)的實現(xiàn)如下:
static bool register_native(KlassHandle k, Symbol* name, Symbol* signature, address entry, TRAPS) { Method* method = k()->lookup_method(name, signature); // ... if (entry != NULL) { method->set_native_function(entry,Method::native_bind_event_is_interesting); } else { method->clear_native_function(); } return true; }
可以看到,將本地函數(shù)getName()的地址保存到了Method::native_function中,這樣在執(zhí)行native方法時就可執(zhí)行Method::native_function函數(shù)了。
如果沒有在Method::native_function中記錄下函數(shù)地址,需要調(diào)用NativeLookup::lookup()函數(shù)來尋找native方法真正的目標(biāo)在什么地方,然后把它記在Method實例里。調(diào)用NativeLookup::lookup()函數(shù)查找本地函數(shù),實現(xiàn)如下:
源代碼位置:openjdk/hotspot/share/vm/prims/nativeLookup.cpp address NativeLookup::lookup( methodHandle method, bool& in_base_library, TRAPS ) { if (!method->has_native_function()) { address entry = lookup_base(method, in_base_library, CHECK_NULL); method->set_native_function(entry,Method::native_bind_event_is_interesting); } return method->native_function(); }
調(diào)用lookup_base()函數(shù)獲取native_function,然后調(diào)用set_native_function()函數(shù)將native_function保存到Method實例中。調(diào)用的lookup_base()函數(shù)的實現(xiàn)如下:
address NativeLookup::lookup_base( methodHandle method, bool& in_base_library, TRAPS ) { address entry = NULL; ResourceMark rm(THREAD); entry = lookup_entry(method, in_base_library, THREAD); if (entry != NULL) return entry; // ... }
如上函數(shù)調(diào)用的lookup_entry()函數(shù)的實現(xiàn)如下 :
address NativeLookup::lookup_entry( methodHandle method, bool& in_base_library, TRAPS ) { address entry = NULL; // in_base_library是引用傳遞 in_base_library = false; // 構(gòu)造出符合JNI規(guī)范的函數(shù)名 char* pure_name = pure_jni_name(method); // 計算實參的參數(shù)數(shù)量 int args_size = 1 // JNIEnv + (method->is_static() ? 1 : 0) // class for static methods + method->size_of_parameters(); // actual parameters // 1) Try JNI short style entry = lookup_style(method, pure_name, "",args_size, true, in_base_library, CHECK_NULL); if (entry != NULL){ return entry; } // Compute long name char* long_name = long_jni_name(method); // 2) Try JNI long style entry = lookup_style(method, pure_name, long_name, args_size, true, in_base_library, CHECK_NULL); if (entry != NULL){ return entry; } // 3) Try JNI short style without os prefix/suffix entry = lookup_style(method, pure_name, "",args_size, false, in_base_library, CHECK_NULL); if (entry != NULL){ return entry; } // 4) Try JNI long style without os prefix/suffix entry = lookup_style(method, pure_name, long_name, args_size, false, in_base_library, CHECK_NULL); // entry可能為NULL,當(dāng)為NULL時,表示沒有查找到對應(yīng)的本地函數(shù)實現(xiàn) return entry; }
如上函數(shù)通過NativeLookup::pure_jni_name()函數(shù)來構(gòu)造出符合JNI規(guī)范的函數(shù)名,然后通過NativeLookup::lookup_style()函數(shù)在查找路徑中能夠找到的所有動態(tài)鏈接庫里去找這個名字對應(yīng)的地址。我們可以看到,函數(shù)的名稱有許多種可能,所以在查找不到對應(yīng)的本地函數(shù)時,會多次調(diào)用NativeLookup::lookup_style()函數(shù)查找,如果最后沒有查到,則返回NULL。
其實對linux來說,如果第1次和第3次的查找邏輯一樣,第2次和第4次的查找邏輯一樣,所以我們只看第1次和第2次的查找邏輯即可。
(1)第1次查找
第一次查找時,調(diào)用的pure_jni_name()函數(shù)的實現(xiàn)如下:
char* NativeLookup::pure_jni_name(methodHandle method) { stringStream st; // 前綴 st.print("Java_"); // 類名稱 mangle_name_on(&st, method->klass_name()); st.print("_"); // 方法名稱 mangle_name_on(&st, method->name()); return st.as_string(); }
拼接出來的函數(shù)名稱是“Java_Java程序的package路徑_函數(shù)名”。
(2)第2次查找
如果有重載的native方法,那么按第1次查找時生成的函數(shù)名稱是無法查找到的,還需要在生成的函數(shù)名稱中加上參數(shù)相關(guān)信息,這樣才能區(qū)分出2個重載的native方法對應(yīng)的本地函數(shù)的不同。
調(diào)用NativeLookup::long_jni_name(函數(shù)生成帶有參數(shù)相關(guān)信息的函數(shù)名稱,函數(shù)的實現(xiàn)如下:
char* NativeLookup::long_jni_name(methodHandle method) { // Signature ignore the wrapping parenteses and the trailing return type stringStream st; Symbol* signature = method->signature(); st.print("__"); // find ')' int end; for (end = 0; end < signature->utf8_length() && signature->byte_at(end) != ')'; end++); // skip first '(' mangle_name_on(&st, signature, 1, end); return st.as_string(); }
調(diào)用的mangle_name_on()函數(shù)的實現(xiàn)如下:
static void mangle_name_on(outputStream* st, Symbol* name, int begin, int end) { char* bytes = (char*)name->bytes() + begin; char* end_bytes = (char*)name->bytes() + end; while (bytes < end_bytes) { jchar c; bytes = UTF8::next(bytes, &c); if (c <= 0x7f && isalnum(c)) { st->put((char) c); } else { if (c == '_') st->print("_1"); else if (c == '/') st->print("_"); else if (c == ';') st->print("_2"); else if (c == '[') st->print("_3"); else st->print("_%.5x", c); } } }
我們舉個例子,如下:
public class TestJNIName { public native void get(); public native void get(Object a,int b); }
通過javah生成的TestJNIName.h文件的主要內(nèi)容如下:
JNIEXPORT void JNICALL Java_TestJNIName_get__ (JNIEnv *, jobject); JNIEXPORT void JNICALL Java_TestJNIName_get__Ljava_lang_Object_2I (JNIEnv *, jobject, jobject, jint);
可以看到在方法名稱后會添加雙下劃線,然后就是按照一定的規(guī)則拼接參數(shù)類型了。
第1次和第2次都會調(diào)用NativeLookup::lookup_style()函數(shù)查找本地函數(shù)。NativeLookup::lookup_style()函數(shù)的實現(xiàn)如下:
address NativeLookup::lookup_style( methodHandle method, char* pure_name, const char* long_name, int args_size, bool os_style, bool& in_base_library, TRAPS ) { address entry; // 拼接pure_name和long_name stringStream st; st.print_raw(pure_name); st.print_raw(long_name); char* jni_name = st.as_string(); Handle loader(THREAD, method->method_holder()->class_loader()); // 當(dāng)loader為NULL時,表示method所屬的類是通過系統(tǒng)類加載器加載的 if (loader.is_null()) { // 如果是查找registerNatives()函數(shù),則直接返回實現(xiàn)函數(shù)的地址 entry = lookup_special_native(jni_name); if (entry == NULL) { // 查找本地動態(tài)鏈接庫,Linux下則是libjava.so void* tmp = os::native_java_library(); // 找到本地動態(tài)鏈接庫,調(diào)用os::dll_lookup查找符號表 entry = (address) os::dll_lookup(tmp, jni_name); } if (entry != NULL) { in_base_library = true; return entry; } } // Otherwise call static method findNative in ClassLoader // 調(diào)用java.lang.ClassLoader中的findNative()方法查找 KlassHandle klass (THREAD, SystemDictionary::ClassLoader_klass()); Handle name_arg = java_lang_String::create_from_str(jni_name, CHECK_NULL); JavaValue result(T_LONG); JavaCalls::call_static(&result, klass, vmSymbols::findNative_name(), vmSymbols::classloader_string_long_signature(), loader, // 為findNative()傳遞的第1個參數(shù) name_arg, // 為findNative()傳遞的第2個參數(shù) CHECK_NULL); entry = (address) (intptr_t) result.get_jlong(); if (entry == NULL) { // findNative didn't find it, if there are any agent libraries look in them AgentLibrary* agent; for (agent = Arguments::agents(); agent != NULL; agent = agent->next()) { // 找到本地動態(tài)鏈接庫,調(diào)用os::dll_lookup查找符號表 entry = (address) os::dll_lookup(agent->os_lib(), jni_name); if (entry != NULL) { return entry; } } } return entry; }
根據(jù)如上函數(shù)的實現(xiàn),我們可以從3個地方來查找動態(tài)鏈接庫,找到動態(tài)鏈接庫后就可以調(diào)用os::dll_lookup()函數(shù)查找指定名稱的本地函數(shù)了。
(1)如果native方法所屬的類是系統(tǒng)類加載器加載的,那么系統(tǒng)類加載器中的native方法的本地函數(shù)實現(xiàn)一般會在libjava.so中。
(2)如果在libjava.so中沒有找到,則調(diào)用java.lang.ClassLoader.findNative()方法進(jìn)行查找。調(diào)用java.lang.ClassLoader.findNative()方法能夠查找到用戶自己創(chuàng)建出的動態(tài)鏈接庫,如我們編寫native方法時,通常會通過System.load()或System.loadLibrary()方法加載動態(tài)鏈接庫,這2個方法最終會調(diào)用到ClassLoader.loadLibrary()方法將相關(guān)的動態(tài)鏈接庫保存下來供findNative()方法查找使用;?
(3)如果步驟1和步驟2都沒有找到,則從加載的代理庫中查找,如我們在虛擬機(jī)啟動時配置的-agentlib或attach到目標(biāo)進(jìn)程后發(fā)送load命令加載的動態(tài)鏈接庫都有可以包含本地函數(shù)的實現(xiàn)。
通過navie方法找對應(yīng)的本地函數(shù)的實現(xiàn)過程如下圖所示。
到此這篇關(guān)于查找native方法的本地實現(xiàn)函數(shù)native_function的文章就介紹到這了,更多相關(guān)native方法native_function函數(shù)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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