当前位置 博文首页 > 等你归去来:JVM系列(一):jvm启动过程速览
jvm是java的核心运行平台,自然是个非常复杂的系统。当然了,说jvm是个平台,实际上也是个泛称。准确的说,它是一个java虚拟机的统称,它并不指具体的某个虚拟机。所以,谈到java虚拟机时,往往我们通常说的都是一些规范性质的东西。
那么,如果想要研究jvm是如何工作的,就不能是泛泛而谈了。我们必须要具体到某个指定的虚拟机实现,以便说清其过程。
因为java实际上已经被oracle控制,而oracle本身是个商业公司,所以从某种程度上说,这里的java并不是完全开源的。我们称官方的jdk为oraclejdk. 或者叫 hotspot vm.
与此同时,社区维护了一个完全开源的版本,openjdk。这两个jdk实际上,大部分是相同的,只是维护的进度不太一样,以及版权归属不一样。
所以,如果想研究jvm的实现,那么基于openjdk来做,是比较明智的选择。
如果想了解openjdk是如何设计的,以及它有什么高级特性,以及各种最佳实践,那么买一本书是最佳选择。
如果业有余力,想去了解了解源码的,那么可以到官网查看源码。openjdk8的源码地址为: http://hg.openjdk.java.net/jdk8u/jdk8u/jdk/ 因为是国外网站的原因,速度不会很快。所以只是在网站上查看源码,还是有点累的。另外,没有ide的帮助,估计很少有人能够坚持下去。另外的下载地址,大家可以网上搜索下,资源总是有的,国人链接速度快。多花点心思找找。
当然要说明的一点是:一个没有设计背景,没有框架概念的源码阅读,都是而流氓。那样的工作,就像是空中楼阁,并不让人踏实。
C语言,一般作为我们的大学入门语言,或多或少都接触过。但要说精通,可能就是很少一部分人了。但我要说的,只要学过C语言,对于大部分的程序阅读,基本上就不是问题了。
openjdk的实现中,其核心的一部分就是使用C语言写的,当然其他很多语言也是一样的。所以,C语言相当重要,在底层的世界里。这里只是说它重要,但并不代表它就一定最厉害,即不是写C语言的GG就比写JAVA的JJ厉害了。因为,工作不分高低,语言同样。只是各有所长罢了。重点不是在这里,在于思想。
C语言的编程几大流程:写代码(最核心)、编译、链接(最麻烦)、运行。
当然,最核心的自然是写代码。不对,最核心的是:做设计。
C语言中,以一个main()函数为入口,编写各种逻辑后,通过调用和控制main()方法,实现各种复杂逻辑。
所以,要研究一个项目,首先就是要找到其入口。然后根据目的,再进行各功能实现的通路学习。
C语言有极其灵活的语法,超级复杂的指针设计,以及各类似面向对象思想的结构体,以及随时可能操作系统获取信息的能力(各种链接)。所以,导致C语言有时确实比较难以读懂。这也是没办法的事,会很容易,精却很难。这是亘古不变的道理。是一个选择题,也是一道应用题。
一句话,会一点,就够吃瓜群从使用了。
上面说到,要研究一个C项目,首要就是找到其入口。那么,openjdk的入口在哪呢?
是在 share/bin/main.c 中,main()方法就是其入口。这个文件命名,够清晰了吧,明眼人一看就知道了。哈哈,不过一般地,我们还是需要通过查资料才知晓。
main.c是jvm的唯一main方法入口,其中,jdk被编译出来之后,会有许多的工作箱,如jmap,jps,jstack.... 这些工具箱的入口,实际也是这个main, 只是它们包含了不同的子模块,从而达到不同工具的目的。
main.c的内容也不多,主要它也只是一个框架,为屏蔽各系统的差异。它的存在,主要是为引入 JLI_LANCH() 方法,相当于定义自己的main()方法。
/* * This file contains the main entry point into the launcher code * this is the only file which will be repeatedly compiled by other * tools. The rest of the files will be linked in. */ #include "defines.h" #ifdef _MSC_VER #if _MSC_VER > 1400 && _MSC_VER < 1600 /* * When building for Microsoft Windows, main has a dependency on msvcr??.dll. * * When using Visual Studio 2005 or 2008, that must be recorded in * the [java,javaw].exe.manifest file. * * As of VS2010 (ver=1600), the runtimes again no longer need manifests. * * Reference: * C:/Program Files/Microsoft SDKs/Windows/v6.1/include/crtdefs.h */ #include <crtassem.h> #ifdef _M_IX86 #pragma comment(linker,"/manifestdependency:\"type='win32' " \ "name='" __LIBRARIES_ASSEMBLY_NAME_PREFIX ".CRT' " \ "version='" _CRT_ASSEMBLY_VERSION "' " \ "processorArchitecture='x86' " \ "publicKeyToken='" _VC_ASSEMBLY_PUBLICKEYTOKEN "'\"") #endif /* _M_IX86 */ //This may not be necessary yet for the Windows 64-bit build, but it //will be when that build environment is updated. Need to test to see //if it is harmless: #ifdef _M_AMD64 #pragma comment(linker,"/manifestdependency:\"type='win32' " \ "name='" __LIBRARIES_ASSEMBLY_NAME_PREFIX ".CRT' " \ "version='" _CRT_ASSEMBLY_VERSION "' " \ "processorArchitecture='amd64' " \ "publicKeyToken='" _VC_ASSEMBLY_PUBLICKEYTOKEN "'\"") #endif /* _M_AMD64 */ #endif /* _MSC_VER > 1400 && _MSC_VER < 1600 */ #endif /* _MSC_VER */ /* * Entry point. */ // 定义入口函数,JAVAW模式下使用 WinMain(), 否则使用 main() #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 // windows下的参数获取 { 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 */ // 各种linux平台上的参数,直接取自main入参 margc = argc; margv = argv; #endif /* WIN32 */ // 核心: 重新定义入口方法为: JLI_Launch() 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); }
因为java语言被设计成跨平台的语言,那么如何跨平台呢?因为平台差异总是存在的,如果语言本身不关注平台,那么自然是有人在背后关注了平台,从而屏蔽掉了差异。是了,这就是虚拟机存在的意义。因此,在入口方法,我们就可以看到,它一上来就关注平台差异性。这是必须的。
有了上面的入口知识,好像是明白了一些道理。但是好像还是没有达到要理解启动过程的目的。不急,且听我慢慢道来。
我们启动一个虚拟机时,一般是使用 java -classpath:xxx <other-options> xx.xx , 或者是 java -jar <other-options> xx.jar 。 具体怎么用无所谓,重点是我们都是 java这个应用程序启动的虚拟机。因此,我们便知道 java 程序,是我们启动jvm的核心开关。
废话不多说,java.c, 是我们要研究的重要文件。它将是一个控制启动流程的实现超人。而它的入口,就是在main()中的定义 JLI_Launch(...) , 所以让我们一睹真容。
// share/bin/java.c /* * Entry point. */ int JLI_Launch(int argc, char ** argv, /* main argc, argc */ int jargc, const char** jargv, /* java args */ int appclassc, const char** appclassv, /* app classpath */ const char* fullversion, /* full version defined */ const char* dotversion, /* dot version defined */ const char* pname, /* program name */ const char* lname, /* launcher name */ jboolean javaargs, /* JAVA_ARGS */ jboolean cpwildcard, /* classpath wildcard*/ jboolean javaw, /* windows-only javaw */ jint ergo /* ergonomics class policy */ ) { int mode = LM_UNKNOWN; char *what = NULL; char *cpath = 0; char *main_class = NULL; int ret; InvocationFunctions ifn; jlong start, end; char jvmpath[MAXPATHLEN]; char jrepath[MAXPATHLEN]; char jvmcfg[MAXPATHLEN]; _fVersion = fullversion; _dVersion = dotversion; _launcher_name = lname; _program_name = pname; _is_java_args = javaargs; _wc_enabled = cpwildcard; _ergo_policy = ergo; // 初始化启动器 InitLauncher(javaw); // 打印状态 DumpState(); // 跟踪调用启动 if (JLI_IsTraceLauncher()) { int i; printf("Command line args:\n"); for (i = 0; i < argc ; i++) { printf("argv[%d] = %s\n", i, argv[i]); } AddOption("-Dsun.java.launcher.diag=true", NULL); } /* * Make sure the specified version of the JRE is running. * * There are three things to note about the SelectVersion() routine: * 1) If the version running isn't correct, this routine doesn't * return (either the correct version has been exec'd or an error * was issued). * 2) Argc and Argv in this scope are *not* altered by this routine. * It is the responsibility of subsequent code to ignore the * arguments handled by this routine. * 3) As a side-effect, the variable "main_class" is guaranteed to * be set (if it should ever be set). This isn't exactly the * poster child for structured programming, but it is a small * price to pay for not processing a jar file operand twice. * (Note: This side effect has been disabled. See comment on * bugid 5030265 below.) */ // 解析命令行参数,选择一jre版本 SelectVersion(argc, argv, &main_class); CreateExecutionEnvironment(&argc, &argv, jrepath, sizeof(jrepath), jvmpath, sizeof(jvmpath), jvmcfg, sizeof(jvmcfg)); if (!IsJavaArgs()) { // 设置一些特殊的环境变量 SetJvmEnvironment(argc,argv); } ifn.CreateJavaVM = 0; ifn.GetDefaultJavaVMInitArgs = 0; if (JLI_IsTraceLauncher()) { start = CounterGet(); // 记录启动时间 } // 加载VM, 重中之重 if (!LoadJavaVM(jvmpath, &ifn)) { return(6); } if (JLI_IsTraceLauncher()) { end = CounterGet(); } JLI_TraceLauncher("%ld micro seconds to LoadJavaVM\n", (long)(jint)Counter2Micros(end-start)); ++argv; --argc; // 解析更多参数信息 if (IsJavaArgs()) { /* Preprocess wrapper arguments */ TranslateApplicationArgs(jargc, jargv, &argc, &argv); if (!AddApplicationOptions(appclassc, appclassv)) { return(1); } } else { /* Set default CLASSPATH */ cpath = getenv("CLASSPATH"); if (cpath == NULL) { cpath = "."; } SetClassPath(cpath); } /* Parse command line options; if the return value of * ParseArguments is false, the program should exit. */ // 解析参数 if (!ParseArguments(&argc, &argv, &mode, &what, &ret, jrepath)) { return(ret); } /* Override class path if -jar flag was specified */ if (mode == LM_JAR) { SetClassPath(what); /* Override class path */ } /* set the -Dsun.java.command pseudo property */ SetJavaCommandLineProp(what, argc, argv); /* Set the -Dsun.java.launcher pseudo property */ SetJavaLauncherProp(); /* set the -Dsun.java.launcher.* platform properties */ SetJavaLauncherPlatformProps(); // 初始化jvm,即加载java程序开始,应用表演时间到 return JVMInit(&ifn, threadStackSize, argc, argv, mode, what, ret); }
以上就是整个jvm虚拟机的启动过程框架了,基本上跑不掉几个点,就是解析命令行参数,设置参数到某范围内或者环境变量中。加载必要模块,传递变量存储。初始化系统。解析用户系统实现。当然一般地,就是会实现系统主循环,这个动作是由使用系统完成的,jvm只负责执行即可。
因为我们只是想了解大概,所以不以为然,只是其中任何一个点都足够研究很久很久了。抛开那些不说,捡个芝麻先。需要明白:懂得许多的道理却依然过不好这一生。只能安心做个吃瓜群众。