本文将详细介绍HotSpot的启动过程,启动过程涉及到的逻辑比较复杂,细节也比较多,为了让大家更快的了解这部分知识,我录制了对应的视频放到了B站上,大家可以参考。
下面我们开始以文章的形式简单介绍一下启动过程。
HotSpot通常会通过java.exe或javaw.exe来调用/jdk/src/share/bin/main.c文件中的main()函数来启动虚拟机,使用Eclipse进行调试时,也会调用到这个入口。main.c的main()函数负责创建运行环境,以及启动一个全新的线程去执行JVM的初始化和调用Java程序的main()方法。main()函数最终会阻塞当前线程,同时用另外一个线程去调用JavaMain()函数。main()函数的调用栈如下:
main() main.c JLI_Launch() java.c JVMInit() java_md_solinux.c ContinueInNewThread() java.c ContinueInNewThread0() java_md_solinux.c pthread_join() pthread_join.c
调用链的顺序从上到下,下面简单介绍一下涉及到的相关方法。
1、main()函数
首先就是main()方法,方法的实现如下:
源代码位置:/openjdk/jdk/src/share/bin/main.c #ifdef JAVAW char **__initenv; int WINAPI WinMain(HINSTANCE inst, HINSTANCE previnst, LPSTR cmdline, int cmdshow){ int margc; char** margv; const jboolean const_javaw = JNI_TRUE; __initenv = _environ; #else /* JAVAW */ int main(int argc, char **argv){ int margc; char** margv; const jboolean const_javaw = JNI_FALSE; #endif /* JAVAW */ #ifdef _WIN32 { int i = 0; if (getenv(JLDEBUG_ENV_ENTRY) != NULL) { printf("Windows original main args:\n"); for (i = 0 ; i < __argc ; i++) { printf("wwwd_args[%d] = %s\n", i, __argv[i]); } } } JLI_CmdToArgs(GetCommandLine()); margc = JLI_GetStdArgc(); // add one more to mark the end margv = (char **)JLI_MemAlloc((margc + 1) * (sizeof(char *))); { int i = 0; StdArg *stdargs = JLI_GetStdArgs(); for (i = 0 ; i < margc ; i++) { margv[i] = stdargs[i].arg; } margv[i] = NULL; } #else /* *NIXES */ margc = argc; margv = argv; #endif /* WIN32 */ return JLI_Launch(margc, margv, sizeof(const_jargs) / sizeof(char *), const_jargs, sizeof(const_appclasspath) / sizeof(char *), const_appclasspath, FULL_VERSION, DOT_VERSION, (const_progname != NULL) ? const_progname : *margv, (const_launcher != NULL) ? const_launcher : *margv, (const_jargs != NULL) ? JNI_TRUE : JNI_FALSE, const_cpwildcard, const_javaw, const_ergo_class); }
这个方法是Windows、UNIX、Linux以及Mac OS操作系统中C/C++的入口函数,而Windows的入口函数和其它的不太一样,所以为了尽可能重用代码,这里使用#ifdef条件编译,所以对于基于Linux内核的Ubuntu来说,最终编译的代码其实是如下的样子:
int main(int argc, char **argv){ int margc; char** margv; const jboolean const_javaw = JNI_FALSE; margc = argc; margv = argv; return JLI_Launch(margc, margv, sizeof(const_jargs) / sizeof(char *), const_jargs, sizeof(const_appclasspath) / sizeof(char *), const_appclasspath, FULL_VERSION, DOT_VERSION, (const_progname != NULL) ? const_progname : *margv, (const_launcher != NULL) ? const_launcher : *margv, (const_jargs != NULL) ? JNI_TRUE : JNI_FALSE, const_cpwildcard, const_javaw, const_ergo_class); }
第一个参数,int型的argc,为整型,用来统计程序运行时发送给main函数的命令行参数的个数;第二个参数,char型的argv[],为字符串数组,用来存放指向的字符串参数的指针数组,每一个元素指向一个参数。
2、JLI_Launch()函数
JLI_Launch()函数进行了一系列必要的操作,如libjvm.so的加载、参数解析、Classpath的获取和设置、系统属性的设置、JVM 初始化等。函数会调用LoadJavaVM()加载libjvm.so并初始化相关参数,调用语句如下:
LoadJavaVM(jvmpath, &ifn)
其中jvmpath就是”/home/mazhi/workspace/openjdk/build/linux-x86_64-normal-server-slowdebug/jdk/lib/amd64/server/libjvm.so”,也就是libjvm.so的存储路径,而ifn是InvocationFunctions类型变量,InvocationFunctions的定义如下:
源代码位置:/home/mazhi/workspace/openjdk/jdk/src/share/bin/java.h typedef jint (JNICALL *CreateJavaVM_t)(JavaVM **pvm, void **env, void *args); typedef jint (JNICALL *GetDefaultJavaVMInitArgs_t)(void *args); typedef jint (JNICALL *GetCreatedJavaVMs_t)(JavaVM **vmBuf, jsize bufLen, jsize *nVMs); typedef struct { CreateJavaVM_t CreateJavaVM; GetDefaultJavaVMInitArgs_t GetDefaultJavaVMInitArgs; GetCreatedJavaVMs_t GetCreatedJavaVMs; } InvocationFunctions;
可以看到结构体InvocationFunctions中定义了3个函数指针,3个函数的实现在libjvm.so这个动态链接库中,查看LoadJavaVM()函数后就可以看到有如下实现:
ifn->CreateJavaVM = (CreateJavaVM_t) dlsym(libjvm, "JNI_CreateJavaVM"); ifn->GetDefaultJavaVMInitArgs = (GetDefaultJavaVMInitArgs_t)dlsym(libjvm, "JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs"); ifn->GetCreatedJavaVMs = (GetCreatedJavaVMs_t) dlsym(libjvm, "JNI_GetCreatedJavaVMs");
所以通过函数指针调用时,最终会调用到libjvm.so中对应的以JNI_Xxx开头的方法,其中JNI_CreateJavaVM()方法会在InitializeJVM()函数中调用,用来初始化2个JNI调用时非常重要的2个参数JavaVM和JNIEnv,后面在介绍JNI时还会详细介绍,这里不做过多介绍。
3、JVMInit()函数
JVMInit()函数的源代码如下:
源代码位置:/openjdk/jdk/src/solaris/bin/java_md_solinux.c int JVMInit(InvocationFunctions* ifn, jlong threadStackSize, int argc, char **argv, int mode, char *what, int ret){ // ... return ContinueInNewThread(ifn, threadStackSize, argc, argv, mode, what, ret); }
这个方法中没有特别的逻辑,直接调用continueInNewThread()函数继续执行相关逻辑。
4、ContinueInNewThread()函数
在JVMInit()函数中调用的ContinueInNewThread()函数的实现如下:
源代码位置:/openjdk/jdk/src/share/bin/java.c int ContinueInNewThread(InvocationFunctions* ifn, jlong threadStackSize, int argc, char **argv, int mode, char *what, int ret){ ... { /* Create a new thread to create JVM and invoke main method */ JavaMainArgs args; int rslt; args.argc = argc; args.argv = argv; args.mode = mode; args.what = what; args.ifn = *ifn; rslt = ContinueInNewThread0(JavaMain, threadStackSize, (void*)&args); /* If the caller has deemed there is an error we * simply return that, otherwise we return the value of * the callee */ return (ret != 0) ? ret : rslt; } }
在调用ContinueInNewThread0()函数时,传递了JavaMain函数指针和调用此函数需要的参数args。
5、ContinueInNewthread0()函数
ContinueInNewThread()函数调用的ContinueInNewThread0()函数的实现如下:
位置:/openjdk/jdk/src/solaris/bin/java_md_solinux.c int ContinueInNewThread0(int (JNICALL *continuation)(void *), jlong stack_size, void * args) { int rslt; ... pthread_t tid; pthread_attr_t attr; pthread_attr_init(&attr); pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE); if (stack_size > 0) { pthread_attr_setstacksize(&attr, stack_size); } if (pthread_create(&tid, &attr, (void *(*)(void*))continuation, (void*)args) == 0) { void * tmp; pthread_join(tid, &tmp); // 当前线程会阻塞在这里 rslt = (int)tmp; } pthread_attr_destroy(&attr); ... return rslt; }
Linux 系统下(后面所说的Linux系统都是指基于Linux内核的操作系统)创建一个 pthread_t 线程,然后使用这个新创建的线程执行JavaMain()函数。
方法的第一个参数int (JNICALL continuation)(void )接收的就是JavaMain()函数的指针。关于指针函数与函数指针、以及Linux下创建线程的相关知识点后面会介绍,到时候这里会给出链接。
下面就来看一下JavaMain()函数的实现,如下:
位置:/openjdk/jdk/src/share/bin/java.c int JNICALL JavaMain(void * _args){ JavaMainArgs *args = (JavaMainArgs *)_args; int argc = args->argc; char **argv = args->argv; InvocationFunctions ifn = args->ifn; JavaVM *vm = 0; JNIEnv *env = 0; jclass mainClass = NULL; jclass appClass = NULL; // actual application class being launched jmethodID mainID; jobjectArray mainArgs; // InitializeJVM 初始化JVM,给JavaVM和JNIEnv对象正确赋值,通过调用InvocationFunctions结构体下 // 的CreateJavaVM()函数指针来实现,该指针在LoadJavaVM()函数中指向libjvm.so动态链接库中JNI_CreateJavaVM()函数 if (!InitializeJVM(&vm, &env, &ifn)) { JLI_ReportErrorMessage(JVM_ERROR1); exit(1); } // ... mainClass = LoadMainClass(env, mode, what); appClass = GetApplicationClass(env); mainID = (*env)->GetStaticMethodID(env, mainClass, "main", "([Ljava/lang/String;)V"); /* Build platform specific argument array */ mainArgs = CreateApplicationArgs(env, argv, argc); /* Invoke main method. */ (*env)->CallStaticVoidMethod(env, mainClass, mainID, mainArgs); // ... }
代码主要就是找出Java源代码的main()方法,然后调用并执行。
- 调用InitializeJVM()函数初始化JVM,主要就是初始化2个非常重要的变量JavaVM与JNIEnv,在这里不过多探讨这个问题,后面在讲解JNI调用时会详细介绍初始化过程。
- 调用LoadMainClass()函数获取Java程序的启动类,对于前面举过的实例来说,由于配置了参数 “com.test/Test”, 所以会查找com.test.Test类。LoadMainClass()函数最终会调用libjvm.so中实现的JVM_FindClassFromBootLoader()方法来查找启动类,涉及到的逻辑比较多,后面在讲解类型的加载时会介绍。
- 调用GetStaticMethodId()函数查找Java启动方法,其实就是获取Test类中的main()方法。
- 调用JNIEnv中定义的CallStaticVoidMethod()方法,最终会调用JavaCalls::call()函数执行Test类中的main()方法。JavaCalls:call()函数是个非常重要的方法,后面在讲解方法执行引擎时会详细介绍。
以上步骤都还在当前线程的控制下。当控制权转移到Test.main()之后当前线程就不再做其它事儿了,等Test.main()函数返回之后,当前线程会清理和关闭JVM。调用本地函数jni_DetachCurrentThread()断开与主线程的连接。当成功与主线程断开连接后,当前线程一直等待程序中所有的非守护线程全部执行结束,然后调用本地函数jni_DestroyJavaVM()对JVM执行销毁。
其它文章:
1、在Ubuntu 16.04上编译OpenJDK8的源代码(配视频)
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