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(diào)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(diào)用,不過由于Java方法與C/C++函數(shù)的調(diào)用約定不同,所以并不能直接調(diào)用,需要JavaCalls::call()這個函數(shù)輔助調(diào)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(diào)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(diào)用
JavaCalls::call()函數(shù)執(zhí)行checkAndLoadMain()方法; - (3)類的初始化過程中,調(diào)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(diào)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(jīng)過解釋器的native_entry入口,調(diào)用到了JVM_StartThread()函數(shù)。其中的static void thread_entry(JavaThread* thread, TRAPS)函數(shù)中會調(diào)用JavaCalls::call_virtual()函數(shù)。JavaThread最終會通過JavaCalls::call_virtual()函數(shù)來調(diào)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(diào)用這個類加載器的loadClass()函數(shù)(通過call_virtual()函數(shù)來調(diào)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(diào)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(diào)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(diào)用
JavaCalls::call()函數(shù)執(zhí)行checkAndLoadMain()方法; - (3)類的初始化過程中,調(diào)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(diào)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(jīng)過解釋器的native_entry入口,調(diào)用到了JVM_StartThread()函數(shù)。其中的static void thread_entry(JavaThread* thread, TRAPS)函數(shù)中會調(diào)用JavaCalls::call_virtual()函數(shù)。JavaThread最終會通過JavaCalls::call_virtual()函數(shù)來調(diào)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(diào)用這個類加載器的loadClass()函數(shù)(通過call_virtual()函數(shù)來調(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)用指令。這些call_static() 、call_virtual()函數(shù)內(nèi)部調(diào)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(diào)用邏輯。如下基本照搬R大的內(nèi)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(diào)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(jié)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(jù)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(diào)用JavaMainClass.main()方法
以上步驟都還在java launcher的控制下;當控制權轉(zhuǎn)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(diào)用Java主類main()方法時會經(jīng)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(zhuǎn)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(diào)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(diào)用main()方法的,下一篇我們研究一下具體的調(diào)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(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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