JVM源码分析之JVM启动流程

96
占小狼
2016.12.26 15:04* 字数 1380

简书占小狼
转载请注明原创出处,谢谢!

看得越多,懂的越少,还年轻,多学习!

前言

执行Java类的main方法,程序就能运行起来,main方法的背后,虚拟机究竟发生了什么?如果你对这个感兴趣,相信本文会给你一个答案,本文分析的openjdk版本为openjdk-7-fcs-src-b147-27

class BootStrap {
    public static void main(String[] args) {
        for (String str : args) {
            System.out.println(str);
        }
    }
}

java BootStrap -Xms6G -Xmx8G -Xmn3G -Xss512k 
-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC

虚拟机的启动入口位于share/tools/launcher/java.c的main方法,整个流程分为如下几个步骤:
1、配置JVM装载环境
2、解析虚拟机参数
3、设置线程栈大小
4、执行Java main方法

1、配置JVM装载环境

Java代码执行时需要一个JVM环境,JVM环境的创建包括两部分:JVM.dll文件的查找和装载。

JVM.dll文件的查找

通过CreateExecutionEnvironment方法实现,根据当前JRE环境的路径和系统版本寻找jvm.cfg文件,windows实现如下:


大概实现逻辑:
1、GetJREPath查找当前JRE环境的所在路径;
2、ReadKnownVms读取JRE路径\lib\ARCH(CPU构架)\JVM.cfg文件,其中ARCH(CPU构架)通过GetArch方法获取,在window下有三种情况:amd64、ia64和i386;
3、CheckJvmType确定当前JVM类型,先判断是否通过-J-XXaltjvm=-J-XXaltjvm=参数指定,如果没有,则读取JVM.cfg文件中配置的第一个类型;
4、GetJVMPath根据上一步确定的JVM类型,找到对应的JVM.dll文件;

JVM.dll文件的装载

初始化虚拟机中的函数调用,即通过JVM中的方法调用JVM.dll文件中定义的函数,实现如下:


1、LoadLibrary方法装载JVM.dll动态连接库;
2、把JVM.dll文件中定义的函数JNI_CreateJavaVMJNI_GetDefaultJavaVMInitArgs绑定到InvocationFunctions变量的CreateJavaVMGetDefaultJavaVMInitArgs函数指针变量上;

2、虚拟机参数解析

装载完JVM环境之后,需要对启动参数进行解析,其实在装载JVM环境的过程中已经解析了部分参数,该过程通过ParseArguments方法实现,并调用AddOption方法将解析完成的参数保存到JavaVMOption中,JavaVMOption结构实现如下:


AddOption方法实现如下:


这里对-Xss参数进行特殊处理,并设置threadStackSize,因为参数格式比较特殊,其它是key/value键值对,它是-Xss512的格式。后续Arguments类会对JavaVMOption数据进行再次处理,并验证参数的合理性。

参数处理

Arguments::parse_each_vm_init_arg方法负责处理经过解析过的JavaVMOption数据,部分实现如下:


这里只列出三个常用的参数:
1、-Xmn:设置新生代的大小NewSize和MaxNewSize;
2、-Xms:设置堆的初始值InitialHeapSize,也是堆的最小值;
3、-Xmx:设置堆的最大值MaxHeapSize;

参数验证

Arguments::check_gc_consistency方法负责验证虚拟机启动参数中配置GC的合理性,实现如下:


1、如果参数为-XX:+UseSerialGC -XX:+UseParallelGC,由于UseSerialGC和UseParallelGC不能兼容,JVM启动时会抛出错误信息;
2、如果参数为-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC,其中UseConcMarkSweepGC和UseParNewGC可以兼容,JVM可以正常启动;

3、设置线程栈大小


如果启动参数未设置-Xss,即threadStackSize为0,则调用InvocationFunctions的GetDefaultJavaVMInitArgs方法获取JavaVM的初始化参数,即调用JVM.dll函数JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs,定义在share\vm\prims\jni.cpp,实现如下:


ThreadStackSize定义在globals.hpp中,根据当前系统类型,加载对应的配置文件,所以在不同的系统中,ThreadStackSize的默认值也不同。

4、执行Java main方法


线程栈大小确定后,通过ContinueInNewThread方法创建新线程,并执行JavaMain函数,JavaMain函数的大概流程如下:

1、新建JVM实例

InitializeJVM方法调用InvocationFunctions的CreateJavaVM方法,即调用JVM.dll函数JNI_CreateJavaVM,新建一个JVM实例,该过程比较复杂,会在后续文章进行分析;

2、加载主类的class

Java运行方式有两种:jar方式和class方式。

jar方式

1、调用GetMainClassName方法找到META-INF/MANIFEST.MF文件指定的Main-Class的主类名;
2、调用LoadClass方法加载主类的class文件;

class方式

1、调用NewPlatformString方法创建类名的String对象;
2、调用LoadClass方法加载主类的class文件;

3、查找main方法

通过GetStaticMethodID方法查找指定方法名的静态方法,实现如下:


最终调用JVM.dll函数jni_GetStaticMethodID实现


其中get_method_id方法根据类文件对应的instanceKlass对象查找指定方法。

4、执行main方法

1、重新创建参数数组;
2、其中mainID是main方法的入口地址,CallStaticVoidMethod方法最终调用JVM.dll中的jni_CallStaticVoidMethodV函数,实现如下


jni_invoke_static实现如下:


最终通过JavaCalls::call执行main方法。


我是占小狼
坐标魔都,白天上班族,晚上是知识的分享者
如果读完觉得有收获的话,欢迎点赞加关注


JVM源码分析