HotSpot的啓動過程

HotSpot通常會通過java.exe或javaw.exe來調用/jdk/src/share/bin/main.c文件中的main()函數來啓動虛擬機，使用Eclipse進行調試時，也會調用到這個入口。main.c的main()函數負責創建運行環境，以及啓動一個全新的線程去執行JVM的初始化和調用Java程序的main()方法。main()函數最終會阻塞當前線程，同時用另外一個線程去調用JavaMain()函數。main()函數的調用棧如下：

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

調用鏈的順序從上到下，下面簡單介紹一下涉及到的相關方法。

1、main()函數

首先就是main()方法，方法的實現如下：

源代碼位置：/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);
}

這個方法是Windows、UNIX、Linux以及Mac OS操作系統中C/C++的入口函數，而Windows的入口函數和其它的不太一樣，所以爲了儘可能重用代碼，這裏使用#ifdef條件編譯，所以對於基於Linux內核的Ubuntu來說，最終編譯的代碼其實是如下的樣子：　　

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);
}

第一個參數，int型的argc，爲整型，用來統計程序運行時發送給main函數的命令行參數的個數；第二個參數，char型的argv[]，爲字符串數組，用來存放指向的字符串參數的指針數組，每一個元素指向一個參數。

2、JLI_Launch()函數

JLI_Launch()函數進行了一系列必要的操作，如libjvm.so的加載、參數解析、Classpath的獲取和設置、系統屬性的設置、JVM 初始化等。函數會調用LoadJavaVM()加載libjvm.so並初始化相關參數，調用語句如下：

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的存儲路徑，而ifn是InvocationFunctions類型變量，InvocationFunctions的定義如下：　

源代碼位置：/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;

可以看到結構體InvocationFunctions中定義了3個函數指針，3個函數的實現在libjvm.so這個動態鏈接庫中，查看LoadJavaVM()函數後就可以看到有如下實現：　

ifn->CreateJavaVM = (CreateJavaVM_t) dlsym(libjvm, "JNI_CreateJavaVM");
ifn->GetDefaultJavaVMInitArgs = (GetDefaultJavaVMInitArgs_t)dlsym(libjvm, "JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs");
ifn->GetCreatedJavaVMs = (GetCreatedJavaVMs_t) dlsym(libjvm, "JNI_GetCreatedJavaVMs");

所以通過函數指針調用時，最終會調用到libjvm.so中對應的以JNI_Xxx開頭的方法，其中JNI_CreateJavaVM()方法會在InitializeJVM()函數中調用，用來初始化2個JNI調用時非常重要的2個參數JavaVM和JNIEnv，後面在介紹JNI時還會詳細介紹，這裏不做過多介紹。

3、JVMInit()函數

JVMInit()函數的源代碼如下：

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);
}

4、ContinueInNewThread()函數

在JVMInit()函數中調用的ContinueInNewThread()函數的實現如下：

源代碼位置：/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;
    }
}

在調用ContinueInNewThread0()函數時，傳遞了JavaMain函數指針和調用此函數需要的參數args。

5、ContinueInNewthread0()函數

ContinueInNewThread()函數調用的ContinueInNewThread0()函數的實現如下：

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);   // 當前線程會阻塞在這裏
      rslt = (int)tmp;
    }
 
    pthread_attr_destroy(&attr);
    ...
    return rslt;
}

Linux 系統下（後面所說的Linux系統都是指基於Linux內核的操作系統）創建一個 pthread_t 線程，然後使用這個新創建的線程執行JavaMain()函數。
方法的第一個參數int (JNICALL continuation)(void )接收的就是JavaMain()函數的指針。關於指針函數與函數指針、以及Linux下創建線程的相關知識點後面會介紹，到時候這裏會給出鏈接。

下面就來看一下JavaMain()函數的實現，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，給JavaVM和JNIEnv對象正確賦值，通過調用InvocationFunctions結構體下
    // 的CreateJavaVM()函數指針來實現，該指針在LoadJavaVM()函數中指向libjvm.so動態鏈接庫中JNI_CreateJavaVM()函數
    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);
 
    // ...
}

代碼主要就是找出Java源代碼的main()方法，然後調用並執行。

調用InitializeJVM()函數初始化JVM，主要就是初始化2個非常重要的變量JavaVM與JNIEnv，在這裏不過多探討這個問題，後面在講解JNI調用時會詳細介紹初始化過程。
調用LoadMainClass()函數獲取Java程序的啓動類，對於前面舉過的實例來說，由於配置了參數 “com.test/Test"，所以會查找com.test.Test類。LoadMainClass()函數最終會調用libjvm.so中實現的JVM_FindClassFromBootLoader()方法來查找啓動類，涉及到的邏輯比較多，後面在講解類型的加載時會介紹。
調用GetStaticMethodId()函數查找Java啓動方法，其實就是獲取Test類中的main()方法。
調用JNIEnv中定義的CallStaticVoidMethod()方法，最終會調用JavaCalls::call()函數執行Test類中的main()方法。JavaCalls:call()函數是個非常重要的方法，後面在講解方法執行引擎時會詳細介紹。

以上步驟都還在當前線程的控制下。當控制權轉移到Test.main()之後當前線程就不再做其它事兒了，等Test.main()函數返回之後，當前線程會清理和關閉JVM。調用本地函數jni_DetachCurrentThread()斷開與主線程的連接。當成功與主線程斷開連接後，當前線程一直等待程序中所有的非守護線程全部執行結束，然後調用本地函數jni_DestroyJavaVM()對JVM執行銷燬。

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2、JLI_Launch()函數

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5、ContinueInNewthread0()函數

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