Java虛擬機(jī)調(diào)用Java主類的main()方法

更新時(shí)間：2021年11月03日 15:13:14 作者：鳩摩

這篇文章主要介紹了Java虛擬機(jī)調(diào)用Java主類的main()方法，前一篇文章我們介紹了關(guān)于Java虛擬機(jī)HotSpot

這是Linux上的調(diào)用棧，通過JavaCalls::call_helper()函數(shù)來執(zhí)行main()方法。棧的起始函數(shù)為clone() ，這個(gè)函數(shù)會(huì)為每個(gè)進(jìn)程（Linux進(jìn)程對(duì)應(yīng)著Java線程）創(chuàng)建單獨(dú)的?？臻g，這個(gè)?？臻g如下圖所示。

在Linux操作系統(tǒng)上，棧的地址向低地址延伸，所以未使用的?？臻g在已使用的棧空間之下。圖中的每個(gè)藍(lán)色小格表示對(duì)應(yīng)方法的棧幀，而棧就是由一個(gè)一個(gè)的棧幀組成。native方法的棧幀、Java解釋棧幀和Java編譯棧幀都會(huì)在***域中分配，所以說他們寄生在宿主棧中，這些不同的棧幀都緊密的挨在一起，所以并不會(huì)產(chǎn)生什么空間碎片這類的問題，而且這樣的布局非常有利于進(jìn)行棧的遍歷。上面給出的調(diào)用棧就是通過遍歷一個(gè)一個(gè)棧幀得到的，遍歷過程也是棧展開的過程。后續(xù)對(duì)于異常的處理、運(yùn)行jstack打印線程堆棧、GC查找根引用等都會(huì)對(duì)棧進(jìn)行展開操作，所以棧展開是后面必須要介紹的。

下面我們繼續(xù)看JavaCalls::call_helper()函數(shù)，這個(gè)函數(shù)中有個(gè)非常重要的調(diào)用，如下：

// do call
{
    JavaCallWrapper link(method, receiver, result, CHECK);
    {
      HandleMark hm(thread);  // HandleMark used by HandleMarkCleaner
      StubRoutines::call_stub()(
         (address)&link,
         result_val_address,              
         result_type,
         method(),
         entry_point,
         args->parameters(),
         args->size_of_parameters(),
         CHECK
      );
 
      result = link.result();  
      // Preserve oop return value across possible gc points
      if (oop_result_flag) {
        thread->set_vm_result((oop) result->get_jobject());
      }
    }
}

調(diào)用StubRoutines::call_stub()函數(shù)返回一個(gè)函數(shù)指針，然后通過函數(shù)指針來調(diào)用函數(shù)指針指向的函數(shù)。通過函數(shù)指針調(diào)用和通過函數(shù)名調(diào)用的方式一樣，這里我們需要清楚的是，調(diào)用的目標(biāo)函數(shù)仍然是C/C++函數(shù)，所以由C/C++函數(shù)調(diào)用另外一個(gè)C/C++函數(shù)時(shí)，要遵守調(diào)用約定。這個(gè)調(diào)用約定會(huì)規(guī)定怎么給被調(diào)用函數(shù)（Callee）傳遞參數(shù)，以及被調(diào)用函數(shù)的返回值將存儲(chǔ)在什么地方。

下面我們就來簡單說說Linux X86架構(gòu)下的C/C++函數(shù)調(diào)用約定，在這個(gè)約定下，以下寄存器用于傳遞參數(shù)：

第1個(gè)參數(shù)：rdi c_rarg0
第2個(gè)參數(shù)：rsi c_rarg1
第3個(gè)參數(shù)：rdx c_rarg2
第4個(gè)參數(shù)：rcx c_rarg3
第5個(gè)參數(shù)：r8 c_rarg4
第6個(gè)參數(shù)：r9 c_rarg5

在函數(shù)調(diào)用時(shí)，6個(gè)及小于6個(gè)用如下寄存器來傳遞，在HotSpot中通過更易理解的別名c_rarg*來使用對(duì)應(yīng)的寄存器。如果參數(shù)超過六個(gè)，那么程序?qū)?huì)用調(diào)用棧來傳遞那些額外的參數(shù)。

數(shù)一下我們通過函數(shù)指針調(diào)用時(shí)傳遞了幾個(gè)參數(shù)？8個(gè)，那么后面的2個(gè)就需要通過調(diào)用函數(shù)（Caller）的棧來傳遞，這兩個(gè)參數(shù)就是args->size_of_parameters()和CHECK（這是個(gè)宏，擴(kuò)展后就是傳遞線程對(duì)象）。

所以我們的調(diào)用棧在調(diào)用函數(shù)指針指向的函數(shù)時(shí)，變?yōu)榱巳缦聽顟B(tài)：

右邊是具體的call_helper()棧幀中的內(nèi)容，我們把thread和parameter size壓入了調(diào)用棧中，其實(shí)在調(diào)目標(biāo)函數(shù)的過程還會(huì)開辟新的棧幀并在parameter size后壓入返回地址和調(diào)用棧的棧底，下一篇我們再詳細(xì)介紹。先來介紹下JavaCalls::call_helper()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，我們分3部分依次介紹。

1、檢查目標(biāo)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(biāo)方法；

代碼實(shí)現(xiàn)如下：

void JavaCalls::call_helper(
 JavaValue* result, 
 methodHandle* m, 
 JavaCallArguments* args, 
 TRAPS
) {
  methodHandle method = *m;
  JavaThread* thread = (JavaThread*)THREAD;
  ...
 
  assert(!thread->is_Compiler_thread(), "cannot compile from the compiler");
  if (CompilationPolicy::must_be_compiled(method)) {
    CompileBroker::compile_method(method, InvocationEntryBci,
                                  CompilationPolicy::policy()->initial_compile_level(),
                                  methodHandle(), 0, "must_be_compiled", CHECK);
  }
  ...
}

對(duì)于main()方法來說，如果配置了-Xint選項(xiàng)，則是以解釋模式執(zhí)行的，所以并不會(huì)走上面的compile_method()函數(shù)的邏輯。后續(xù)我們要研究編譯執(zhí)行時(shí)，可以強(qiáng)制要求進(jìn)行編譯執(zhí)行，然后查看執(zhí)行過程。

2、獲取目標(biāo)方法的解釋模式入口from_interpreted_entry，也就是entry_point的值。獲取的entry_point就是為Java方法調(diào)用準(zhǔn)備棧楨，并把代碼調(diào)用指針指向method的第一個(gè)字節(jié)碼的內(nèi)存地址。entry_point相當(dāng)于是method的封裝，不同的method類型有不同的entry_point。

接著看call_helper()函數(shù)的代碼實(shí)現(xiàn)，如下：

address entry_point = method->from_interpreted_entry();

調(diào)用method的from_interpreted_entry()函數(shù)獲取Method實(shí)例中_from_interpreted_entry屬性的值，這個(gè)值到底在哪里設(shè)置的呢？我們后面會(huì)詳細(xì)介紹。

3、調(diào)用call_stub()函數(shù)，需要傳遞8個(gè)參數(shù)。這個(gè)代碼在前面給出過，這里不再給出。下面我們詳細(xì)介紹一下這幾個(gè)參數(shù)，如下：

（1）link 此變量的類型為JavaCallWrapper，這個(gè)變量對(duì)于棧展開過程非常重要，后面會(huì)詳細(xì)介紹；
（2）result_val_address 函數(shù)返回值地址；
（3）result_type 函數(shù)返回類型；
（4）method() 當(dāng)前要執(zhí)行的方法。通過此參數(shù)可以獲取到Java方法所有的元數(shù)據(jù)信息，包括最重要的字節(jié)碼信息，這樣就可以根據(jù)字節(jié)碼信息解釋執(zhí)行這個(gè)方法了；
（5）entry_point HotSpot每次在調(diào)用Java函數(shù)時(shí)，必然會(huì)調(diào)用CallStub函數(shù)指針，這個(gè)函數(shù)指針的值取自_call_stub_entry，HotSpot通過_call_stub_entry指向被調(diào)用函數(shù)地址。在調(diào)用函數(shù)之前，必須要先經(jīng)過entry_point，HotSpot實(shí)際是通過entry_point從method()對(duì)象上拿到Java方法對(duì)應(yīng)的第1個(gè)字節(jié)碼命令，這也是整個(gè)函數(shù)的調(diào)用入口；
（6）args->parameters() 描述Java函數(shù)的入?yún)⑿畔ⅲ?/li>
（7）args->size_of_parameters() 參數(shù)需要占用的，以字為單位的內(nèi)存大小
（8）CHECK 當(dāng)前線程對(duì)象。