今天上午，主要将昨天下午运行机制中，jvm的launch方法的内容详细讲述一下。 在vm的launch中，有如下方法块：
....
HANDLE cur_handle = (HANDLE)(_beginthreadex(NULL, 0, scapegoat, &p, 0, NULL));
this->tid = GetThreadId(cur_handle); // save to the vm_thread.
if (!inited) { // if this is the main thread which create the first init --> thread[0], then wait.
//todo: 阻塞执行 tid线程，tid执行完后才往后执行
WaitForSingleObject(cur_handle,INFINITE);
....
其中第一行代码开辟的这个线程，便是java中的mian线程，也就是java中的主线程。 它接收命令的参数去执行任务。 其中,scapegoat方法 的代码如下：
//线程的任务
unsigned scapegoat (void *pp) {
temp *real = (temp *)pp;
// if (real->cur_thread_obj != nullptr) { // so the ThreadTable::get_thread_obj may be nullptr. // I add all thread into Table due to gc should stop all threads.
ThreadTable::add_a_thread(GetCurrentThreadId(), real->cur_thread_obj, real->thread); // the cur_thread_obj is from `java/lang/Thread.start0()`.
// }
if (real->should_be_stop_first) { // if this thread is a child thread created by `start0`: should stop it first because of gc's race.
// it will be hung up at the `global pthread_cond`. and will be wake up by `signal_all_thread()`.
wait_cur_thread_and_set_bit(&real->the_first_wait_executed, real->thread);
}
real->thread->start(*real->arg);
return 0;
};
通过代码不难察觉，它首先将当前的线程加入了jvm的线程表中，进行管理(注意，此时jvm线程表中，实际上管理的线程有两个了，一个是init_thread，它是本地线程的抽象，另一个就是 mian线程，也就是当前加入的这个线程)。 接着，当前线程(mian线程) 将会调用 start()方法，将命令行的参数一并传递。 start的源码如下：
void vm_thread::start(list<Oop *> & arg)
{
if (automan_jvm::inited() == false) {
assert(method == nullptr); // if this is the init thread, method will be nullptr. this thread will get `main()` automatically.
assert(arg.size() == 0);
automan_jvm::inited() = true; // important!
//todo: 这里是执行 main 方法 ，重要
vm_thread::init_and_do_main(); // init global variables and execute `main()` function.
} else {
// [x] if this is not the thread[0], detach itself is okay because no one will pthread_join it.
//todo: 这里分离子线程
// CloseHandle(tid);
// pthread_detach(pthread_self());
assert(this->vm_stack.size() == 0); // check
assert(arg.size() == 1); // run() only has one argument `this`.
this->vm_stack.push_back(StackFrame(method, nullptr, nullptr, arg, this));
this->execute();
automan_jvm::num_lock().lock();
{
automan_jvm::thread_num() --;
assert(automan_jvm::thread_num() >= 0);
}
automan_jvm::num_lock().unlock();
}
WaitForSingleObject(_all_thread_wait_mutex,INFINITE);
this->state = Death;
ReleaseMutex(_all_thread_wait_mutex);
}
它会根据jvm是否初始化而判定当前线程的start是去引导和启动main方法，还是一般的线程。 注意我们在学习java的时候，实例化线程我们需要重写run(){}方法，这个run方法里面写的实际上是线程的任务，而线程的启动，是由一个start0本地方法，即jvm调用的。 调用之后，会来到这里这个代码块。 它将走else下面这个代码逻辑，里面实际上就是执行了run方法。 run方法执行完后，会将当前的线程状态改为 death. 之后这个线程便会在特定的时期被gc给回收掉。
扯远了，我们还是看看main线程的操作吧。 它将会调用 vm_thread::init_and_do_main()方法。 这个方法就比较长，我将分块展示。
1.初始化Class,用于类的映射
java_lang_class::init(); // must init !!!
auto class_klass = BootStrapClassLoader::get_bootstrap().loadClass(L"java/lang/Class");
java_lang_class::fixup_mirrors(); // only [basic types] + java.lang.Class + java.lang.Object
首先，调用java_lang_class::init()方法，它的作用是将 使用标识符与 (核心)类进行隐射，代码如下：
void java_lang_class::init() { // must execute this method before jvm!!!
auto & delay_mirrors = get_single_delay_mirrors();
// basic types.
delay_mirrors.push(L"I");
delay_mirrors.push(L"Z");
delay_mirrors.push(L"B");
delay_mirrors.push(L"C");
delay_mirrors.push(L"S");
delay_mirrors.push(L"F");
delay_mirrors.push(L"J");
delay_mirrors.push(L"D");
delay_mirrors.push(L"V"); // void...
delay_mirrors.push(L"[I");
delay_mirrors.push(L"[Z");
delay_mirrors.push(L"[B");
delay_mirrors.push(L"[C");
delay_mirrors.push(L"[S");
delay_mirrors.push(L"[F");
delay_mirrors.push(L"[J");
delay_mirrors.push(L"[D");
// set state
state() = Inited;
}
然后，使用BootstrapClassLoader去加载 Class类，注意注意，我们看下BoostrapClassLoader的源码：
class BootStrapClassLoader : public ClassLoader {
private:
JarLister jl;
private:
BootStrapClassLoader() {}
BootStrapClassLoader(const BootStrapClassLoader &);
BootStrapClassLoader& operator= (const BootStrapClassLoader &);
~BootStrapClassLoader() {}
public:
static BootStrapClassLoader & get_bootstrap() {
static BootStrapClassLoader bootstrap;
return bootstrap;
} // singleton
Klass *loadClass(const wstring & classname, ByteStream * = nullptr, MirrorOop * = nullptr,
bool = false, InstanceKlass * = nullptr, ObjArrayOop * = nullptr) override;
void print() override;
void cleanup() override;
};
从接口中，我们能够判断两条消息：
1.get_bootstrap调用会得到一个单例对象；
2. BootstrapClassLoader有一个成员变量JarLister，首次调用时，会触发它的构造方法，我们去看看它的构造方法：
2.初始化BootstrapClassloader以及加载Class:
//todo: 修改 rjd 为windows 的路径
JarLister::JarLister() : rjd(L"")
{
pwd = utf8_to_wstring(getProgramDir());
rjd = RtJarDirectory(pwd);
wstring rtjar_folder;
#if (defined (__APPLE__))
rtjar_folder = utf8_to_wstring(pt.get<std::string>("path.mac"));
#elif (defined (__linux__))
rtjar_folder = utf8_to_wstring(pt.get<std::string>("path.linux"));
#else
//todo: 这里配置 windows的 rt路径
rtjar_folder = utf8_to_wstring("C:\\Program Files\\Java\\jdk1.8.0_161\\jre\\lib\\");
#endif
rtjar_pos =L"\""+ rtjar_folder + L"rt.jar"+L"\"";
// copy lib/currency.data to ./lib/currency.data ......
wstringstream ss;
int status = system(wstring_to_utf8(ss.str()).c_str());
if (status == -1) { // http://blog.csdn.net/cheyo/article/details/6595955 [shell 命令是否执行成功的判定]
std::cerr << "system error!" << endl;
}
bool success = this->getjarlist(rtjar_pos);
if (!success) exit(-1);
ifstream f(wstring_to_utf8(this->rtlist), std::ios_base::in);
std::string s;
while(!f.eof()) {
f >> s; // 这里有一个细节。因为最后一行仅仅有个回车，所以会读入空，也就是 s 还是原来的 s，即最后一个名字被读入了两遍。使用其他的方法对效率不好，因此在 add_file 中解决了。如果检测到有，忽略。
if (!Filter::filt(utf8_to_wstring(s))) {
this->rjd.add_file(StringSplitter(utf8_to_wstring(s)));
}
}
}
通过代码可以分析，它做了这样的事情：
1. 或许到当前环境的 rt.jar,这个文件时jvm的核心jar包，我配置的是我本机环境的rt.jar,它的版本号是： jdk_1.8_161。同时，因为原来这里使用了配置的方式，但是需要以来boost，我就给替换了，直接手写死的。
2.调用 getjartlist方法，该方法马上详述。
3.调用rjd的add_file方法。 也将会详述。
下面是getjarlist方法：
/*===---------------- JarLister --------------------*/
bool JarLister::getjarlist(const wstring & rtjar_pos) const
{
wstringstream cmd;
cmd << L"jar tf " << rtjar_pos << L" > " << this->rtlist;
int status = system(wstring_to_utf8(cmd.str()).c_str());
if (status == -1) {
exit(-1);
}
// TODO: judge whether mkdir is exist?
if (0==access(wstring_to_utf8(uncompressed_dir).c_str(),F_OK)) { // 如果存在
return true;
}
cmd.str(L"");
cmd << L"mkdir " << uncompressed_dir;
status = system(wstring_to_utf8(cmd.str()).c_str());
if (status == -1) {
exit(-1);
}
cmd.str(L"");
std::wcout << "unzipping rt.jar from: [" << rtjar_pos << "] ... please wait.\n";
cmd << L"unzip " << rtjar_pos << L" -d " << uncompressed_dir ;
status = system(wstring_to_utf8(cmd.str()).c_str());
if (status == -1) { // http://blog.csdn.net/cheyo/article/details/6595955 [shell 命令是否执行成功的判定]
std::cerr << "system error!" << endl;
exit(-1);
} else {
if (status) {
if (0 ==status) {
std::wcout << "unzipping succeed.\n";
return true;
}
else {
std::cerr << "Your rt.jar file is not right!" << endl;
}
} else {
std::cerr << "other fault reasons!" << endl;
}
}
return false;
}
它做了这样的事情：
1.通过jar tf 将rt.jar保存的所有类 保存至某一特定文件中；
2.将rt.jar解压至某一个特定文件夹中；（注意，这个文件夹将会作为是否解压的标准，在同一进程中，最多只可能被加压一次。 我当前版本加压出来有 2999个类，如果解压信息输出到控制台的话，还是要费点时间。但是我想在发行版中，一个环境下的jvm，应该只被解压一次）。
接着是rtjarDirectory的addfile()方法：
void RtJarDirectory::add_file(StringSplitter && ss)
{
if (ss.counter() == 0) { // 仅仅在第一次的时候做检查，看文件到底存不存在
if (this->find_file(std::move(ss)) == true) return;
else ss.counter() = 0;
}
const wstring& target = ss.result()[ss.counter()];
if (ss.counter() == ss.result().size() - 1) { // next will be the target, add.
subdir->insert(make_shared<RtJarDirectory>(target));
} else { // dir.
auto next_dir = findFolderInThis(target);
ss.counter() += 1;
if (next_dir != nullptr) {
(*next_dir).add_file(std::move(ss)); // delegate to the next level dir.
} else { // no next_dir, we should create.
// this level's `subdir` can't be nullptr :)
subdir->insert(make_shared<RtJarDirectory>(target));
next_dir = findFolderInThis(target);
assert(next_dir != nullptr);
(*next_dir).add_file(std::move(ss));
}
}
}
它会将 保存的所有的类，通过根据全限定名称(包名+类名)的形式，进行分割，最终将 类名(去除了包名)的名称 保存进一个智能指针。 这个结构颇为复杂，我没太看懂，它的定义是这样的：
shared_ptr<set<shared_ptr<RtJarDirectory>,shared_RtJarDirectory_compare>> subdir; //sub directory
我暂且先理解为它保存了所有的类名称在内存中吧，注意到我获取的类的条目有一万多：
BootstrapClassLoader初始化完成后，就该去loadClass了，以加载Class为例：
// add lock simply
LockGuard lg(system_classmap_lock);
assert(jl.find_file(L"java/lang/Object.class")==1);
wstring target = classname + L".class";
if (jl.find_file(target)) {
if (system_classmap.find(target) != system_classmap.end()) { // has been loaded
return system_classmap[target];
} else { // load
// parse a ClassFile (load)
ifstream f(wstring_to_utf8(jl.get_sun_dir() + L"/" + target).c_str(), std::ios::binary);
if(!f.is_open()) {
std::wcerr << "wrong! --- at BootStrapClassLoader::loadClass" << std::endl;
exit(-1);
}
#ifdef DEBUG
sync_wcout{} << "===----------------- begin parsing (" << target << ") 's ClassFile in BootstrapClassLoader..." << std::endl;
#endif
ClassFile *cf = new ClassFile;
ClassFile_Pool::put(cf);
f >> *cf;
#ifdef DEBUG
sync_wcout{} << "===----------------- parsing (" << target << ") 's ClassFile end." << std::endl;
#endif
// convert to a MetaClass (link)
InstanceKlass *newklass = new InstanceKlass(cf, nullptr);
system_classmap.insert(make_pair(target, newklass));
#ifdef KLASS_DEBUG
BootStrapClassLoader::get_bootstrap().print();
MyClassLoader::get_loader().print();
#endif
return newklass;
}
//todo:equals to starts with
}
.........
上面为loadClass代码片段，可以看到第二行，它首先判断了java.lang.Object.class，通过前面的那个智能指针，显然Object是在里面的。（但是，此时Object并未加载。）这也印证了我前天文章中所说的，Object的唯一性是必须要首先保证的。 同时，加载成功时，会首先 实例一个ClassFile放入 类池，这个类对象保存的是 字节码二进制流！！！ 接着，实例化一个 实例类对象，将该类对象保存进入 system_classmap。
3.设置Object,以及基本类型的单例映像：
该步骤是通过 Class完成的。
java_lang_class::fixup_mirrors(); // only [basic types] + java.lang.Class + java.lang.Object
该方法将 8个基本类型，和void 以Mirror实例的形式放入了一个缓存。
......
switch (name[0]) {
case L'I':case L'Z':case L'B':case L'C':case L'S':case L'F':case L'J':case L'D':case L'V':{ // include `void`.
// insert into.
MirrorOop *basic_type_mirror = ((MirrorKlass *)klass)->new_mirror(nullptr, nullptr);
basic_type_mirror->set_extra(name); // set the name `I`, `J` if it's a primitve type.
get_single_basic_type_mirrors().insert(make_pair(name, basic_type_mirror));
break;
}
default:{
assert(false);
}
}
......
4.加载String及Thread:
// load String.class
auto string_klass = ((InstanceKlass *)BootStrapClassLoader::get_bootstrap().loadClass(L"java/lang/String"));
// 1. create a [half-completed] Thread obj, using the ThreadGroup obj.(for currentThread(), this must be create first!!)
auto thread_klass = ((InstanceKlass *)BootStrapClassLoader::get_bootstrap().loadClass(L"java/lang/Thread"));
InstanceOop *init_thread = thread_klass->new_instance();
BytecodeEngine::initial_client(thread_klass, *this); // first <clinit>!
// inject!!
//todo: 注意这里的 threadid 的来源，可能要修改
init_thread->set_field_value(THREAD L":eetop:J", new LongOop((uint64_t)GetCurrentThreadId()));
//todo: 这里的线程优先级还没有绑定到 thread句柄上， 通过 setThreadPriority
init_thread->set_field_value(THREAD L":priority:I", new IntOop(5));
//todo: 这里通过 openthread 根据当前线程的id 获取到线程句柄 注意，当前线程的句柄不能关闭
ThreadTable::add_a_thread(GetCurrentThreadId(), init_thread, this);
加载完Thread之后，会生成一个Thread的实例对象。之后会进行类的初始化，注意这是jvm中第一次类的初始化，它会一直向上初始化直到Object。
设置相关属性后，放入jvm的线程表中。 注意了，此时有在线程表中，就有了两个个线程了。 但是注意这个线程跟第二个线程的id号是一致的，同时，它并不是真正意义上的线程，只是一个抽象。 在线程表的插入中有如下代码：
if (get_thread_table().insert(make_pair(tid, make_tuple(get_thread_table().size(), _thread, t))).second == false) { // 如果原先已经插入了的话，那么就复用原先的 thread_no.
number = std::get<0>(get_thread_table()[tid]);
}
也就是说，the_whole_world的线程表中的线程数仍然是两个。
5.加载并实例化ThreadGroup:
// 2. create a [System] ThreadGroup obj.
auto threadgroup_klass = ((InstanceKlass *)BootStrapClassLoader::get_bootstrap().loadClass(L"java/lang/ThreadGroup"));
InstanceOop *init_threadgroup = threadgroup_klass->new_instance();
BytecodeEngine::initial_client(threadgroup_klass, *this); // first <clinit>!
{
std::list<Oop *> list;
list.push_back(init_threadgroup); // $0 = this
// execute method: java/lang/ThreadGroup.<init>:()V --> private Method!!
Method *target_method = threadgroup_klass->get_this_class_method(L"<init>:()V");
assert(target_method != nullptr);
this->add_frame_and_execute(target_method, list);
}
// 3. INCOMPLETELY create a [Main] ThreadGroup obj.
InstanceOop *main_threadgroup = threadgroup_klass->new_instance();
{
init_thread->set_field_value(THREAD L":group:Ljava/lang/ThreadGroup;", main_threadgroup);
}
assert(this->vm_stack.size() == 0);
BytecodeEngine::initial_client(((InstanceKlass *)class_klass), *this);
((InstanceKlass *)class_klass)->set_static_field_value(L"useCaches:Z", new IntOop(false));
注意，这里除了 类初始化之外，还初始化了一个 ThreadGroup对象。 实例化的threadGroup为主线程组。
6.加载并初始化System：
// 3. load System class
auto system_klass = ((InstanceKlass *)BootStrapClassLoader::get_bootstrap().loadClass(L"java/lang/System"));
system_klass->set_state(Klass::KlassState::Initializing);
// BytecodeEngine::initial_clinit(system_klass, *this);
auto InputStream_klass = ((InstanceKlass *)BootStrapClassLoader::get_bootstrap().loadClass(L"java/io/InputStream"));
BytecodeEngine::initial_client(InputStream_klass, *this);
auto PrintStream_klass = ((InstanceKlass *)BootStrapClassLoader::get_bootstrap().loadClass(L"java/io/PrintStream"));
BytecodeEngine::initial_client(PrintStream_klass, *this);
auto SecurityManager_klass = ((InstanceKlass *)BootStrapClassLoader::get_bootstrap().loadClass(L"java/lang/SecurityManager"));
BytecodeEngine::initial_client(SecurityManager_klass, *this);
System用于设置相关的属性，并且完成 当前程序的标准输入流，输出流，错误流的绑定。 windows上，每个程序的标准输入输出和错误流就是控制台。
7.加载并实例化Perf 和 LauncherHelper:
auto Perf_klass = ((InstanceKlass *)BootStrapClassLoader::get_bootstrap().loadClass(L"sun/misc/Perf"));
Perf_klass->set_state(Klass::KlassState::Initializing); // ban Perf.
auto PerfCounter_klass = ((InstanceKlass *)BootStrapClassLoader::get_bootstrap().loadClass(L"sun/misc/PerfCounter"));
PerfCounter_klass->set_state(Klass::KlassState::Initializing); // ban PerfCounter.
auto launcher_helper_klass = ((InstanceKlass *)BootStrapClassLoader::get_bootstrap().loadClass(L"sun/launcher/LauncherHelper"));
BytecodeEngine::initial_client(launcher_helper_klass, *this);
Method *load_main_method = launcher_helper_klass->get_this_class_method(L"checkAndLoadMain:(ZILjava/lang/String;)Ljava/lang/Class;");
Perf作用暂时不清楚，LauncherHelper会用于引导 Launcher然后使用 AppClassLoader去加载用户类。
8.加载动态调用的类：
// load some useful klass...
{
auto methodtype_klass = ((InstanceKlass *)BootStrapClassLoader::get_bootstrap().loadClass(L"java/lang/invoke/MethodType"));
BytecodeEngine::initial_client(methodtype_klass, *this);
auto methodhandle_klass = ((InstanceKlass *)BootStrapClassLoader::get_bootstrap().loadClass(L"java/lang/invoke/MethodHandle"));
BytecodeEngine::initial_client(methodhandle_klass, *this);
}
9.执行main:
launch流程结束。
没想到内容还是有些多，有点招架不住啊。 中间细节还有： system的初始化，以及java的双亲类加载机制，并没有写。 下一篇吧，还涉及到文件描述符啥啥啥的。
苦胆都要给我干出来了，加油! 必须吃透。