github 項目鏈接

https://github.com/FranzHaidnor/haidnorJVM

haidnorJVM

使用 Java17 編寫的 Java 虛擬機

意義

• 紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。只學習 JVM 機制和理論，很多時候任然覺得缺乏那種大徹大悟之感
• 使用簡單的方式實現 JVM，用于學習理解 JVM 運行原理

主要技術選型

• Java 17
• Apache Commons BCEL
• Apache Commons CLI

實現功能

• 實現了 99% 的 JVM 字節(jié)碼指令。參照 JVM 字節(jié)碼規(guī)范實現 The Java Virtual Machine Instruction Set
• 支持算數運算符 (+,-,*,^,%,++,--)
• 支持關系運算符 (==,!=,>,<,>=,<=)
• 支持位運算符 (&,|,^,~,<<,>>,>>>)
• 支持賦值運算符 (=,+=,-=,*=,%=,<<=,>>=,&=,^=,|=)
• 支持 instanceof 運算符
• 支持循環(huán)結構代碼 (while,do...while,for,foreach)
• 支持條件結構代碼 (if,if...else,if...else if)
• 支出創(chuàng)建自定義類
• 支持創(chuàng)建對象、訪問對象
• 支持抽象類
• 支持多態(tài)繼承、接口
• 支持訪問靜態(tài)方法
• 支持訪問對象方法
• 支持 JDK 中自帶的 Java 類
• 支持反射
• 支持異常
• 枚舉 (開發(fā)中...)
• switch 語法 (開發(fā)中...)
• lambda 表達式 (開發(fā)中...)

局限性

不支持多線程

不支持多維數組

暫無雙親委派機制實現

無垃圾收集器實現。垃圾回收依靠宿主 JVM

快速體驗

你需要準備什么

• 集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)。你可以選擇包括 IntelliJ IDEA、Visual Studio Code 或 Eclipse 等等
• JDK 17。并配置 JAVA_HOME
• JDK 8。haidnorJVM 的主要目標是運行 Java8 本版的字節(jié)碼文件。(但 haidnorJVM 沒有強制要求字節(jié)碼文件是 Java8 版本)
• Maven

配置 haidnorJVM

配置日志輸出級別

在 resources\simplelogger.properties 文件中修改日志輸出級別，一般使用 debug、info

• 配置 info 級別將不會看到任何 haidnorJVM 內部運行信息
• 配置 debug 級別下運行將會非常友好的輸出 JVM 正在執(zhí)行的棧信息

public class Demo5 {
    public static void main(String[] args) {
        String str = method1("hello world");
        method1(str);
    }
    public static String method1(String s) {
        return method2(s);
    }
    public static String method2(String s) {
        return method3(s);
    }
    public static String method3(String s) {
        System.out.println(s);
        return "你好 世界";
    }
}

每一個 匚 結構圖形，都表示一個 JVM 線程棧中的棧幀

配置 rt.jar 路徑

修改 haidnorJVM.properties 文件中的內容。配置 rt.jar 的絕對路徑，例如rt.jar=D:/Program Files/Java/jdk1.8.0_361/jre/lib/rt.jar

運行單元測試用例

在 IDE 中打開項目中 test 目錄下的 haidnor.jvm.test.TestJVM.java 文件。 這是 haidnorJVM 的主要測試類, 里面的測試方法可以解析加載運行 .class 字節(jié)碼文件。

public class TestJVM {
   /**
    *  haidnorJVM 會加載 HelloWorld.java 在 target 目錄下的編譯后的字節(jié)碼文件，然后運行其中的 `main(String[] args)` 方法。
    *  你可以使用打斷點的方式看到 haidnorJVM 是如何解釋運行 Java 字節(jié)碼的。
    *  值得注意的是，這種方式編譯運行的字節(jié)碼文件是基于 java17 版本的。
    */
   @Test
   public void test() {
      runMainClass(HelloWorld.class);
   }
}

運行 .class 文件

• 使用 maven 命令將 haidnorJVM 編譯打包，得到 haidnorJVM.jar 文件
• 編寫一個簡單的程序，例如以下代碼

public class HelloWorld {
   public static void main(String[] args) {
     System.out.println("HelloWorld");
   }
}

• 編譯代碼，得到 HelloWorld.class 文件 （推薦使用 JDK8 進行編譯）
• 使用 haidnorJVM 運行程序。執(zhí)行命令 java -jar haidnorJVM.jar -class R:\HelloWorld.class。注意! 需要 class 文件的絕對路徑

運行 .jar 文件

• 使用 maven 命令將 haidnorJVM 編譯打包，得到 haidnorJVM.jar 文件
• 編寫一個 java 項目編譯打包成 .jar 文件，例如 demo.jar。要求 .jar 文件中的 META-INF/MANIFEST.MF 文件內有 Main-Class 屬性 (含有 public static void main(String[] args) 方法的主類信息)
• 使用 haidnorJVM 運行程序。執(zhí)行命令 java -jar haidnorJVM.jar -class R:\demo.jar。注意! 需要 jar 文件的絕對路徑

存在的問題

由于 haidnorJVM 目前運行 JDK 自帶的類是使用反射解決的，因此 haidnorJVM 使用 JDK17 運行部分 JDK 自帶的類時會存在一些問題，例如運行以下代碼將會拋出異常

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = List.of(1, 2, 3, 4, 5);
        list.add(6);
    }
}

java.lang.reflect.InaccessibleObjectException: Unable to make public boolean java.util.ImmutableCollections$AbstractImmutableCollection.add(java.lang.Object) accessible: module java.base does not "opens java.util" to unnamed module @18769467
	at java.base/java.lang.reflect.AccessibleObject.checkCanSetAccessible(AccessibleObject.java:354)
	at java.base/java.lang.reflect.AccessibleObject.checkCanSetAccessible(AccessibleObject.java:297)
	at java.base/java.lang.reflect.Method.checkCanSetAccessible(Method.java:199)
	at java.base/java.lang.reflect.Method.setAccessible(Method.java:193)

它表示嘗試通過反射來訪問一個方法或字段，但該方法或字段的可訪問性限制導致無法訪問。

這個限制通常是由于 Java 模塊系統引起的。模塊系統允許將代碼劃分為獨立的模塊，并控制模塊之間的訪問權限。以上異常的原因是 module java.base does not "opens java.util" to unnamed module，也就是說 java.base 模塊沒有向未命名模塊開放 java.util 包

解決方法：啟動 haidnorJVM 時添加 JVM 參數 --add-opens java.base/java.util=ALL-UNNAMED 繞過訪問性限制

以上就是利用Java編寫一個Java虛擬機的詳細內容，更多關于Java虛擬機的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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