java源代碼分析----jvm.dll裝載過程

2019-11-18 12:14:17

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供稿：網友

　　簡述
　　
　　眾所周知java.exe是java class文件的執行程序，但實際上java.exe程序只是
　　一個執行的外殼，它會裝載jvm.dll（windows下，以下皆以windows平臺為例，
　　linux下和solaris下其實類似，為：libjvm.so），這個動態連接庫才是java
　　虛擬機的實際操作處理所在。本文探究java.exe程序是如何查找和裝載jvm.dll
　　動態庫，并調用它進行class文件執行處理的。
　　
　　源代碼
　　
　　本文分析之代碼，《JavaTM 2 SDK, Standard Edition, v1.4.2 fcs
　　Community Source Release》，可從sun官方網站下載，主要分析的源代碼為：
　　j2se/src/share/bin/java.c
　　j2se/src/windows/bin/java_md.c
　　
　　java.c是什么東西
　　
　　‘java程序’源代碼
　　所謂‘java程序’，包括jdk中的java.exe/javac.exe/javadoc.exe，java.c源
　　代碼中通過JAVA_ARGS宏來控制生成的代碼，假如該宏沒定義則編譯文件控制生
　　成java.exe否則編譯文件控制生成其他的‘java程序’。
　　比如：
　　j2se/make/java/javac/Makefile（這是javac編譯文件）中：
　　$(CD) ../../sun/javac ; $(MAKE) $@ RELEASE=$(RELEASE) FULL_VERSION=$(FULL_VERSION)
　　j2se/make/sun/javac/javac/Makefile（由上面Makefile文件調用）中：
　　JAVA_ARGS = "{ /"-J-ms8m/", /"com.sun.tools.javac.Main/" }"
　　則由同一份java.c代碼生成的javac.exe程序就會直接調用java類方法：
　　com.sun.tools.javac.Main，這樣使其執行起來就像是直接運行的一個exe文件，
　　而未定義JAVA_ARGS的java.exe程序則會調用傳遞過來參數中的類方法。
　　
　　從java.c的main入口函數說起
　　
　　main()函數中前面一段為重新分配參數指針的處理。
　　然后調用函數：CreateExecutionEnvironment，該函數主要查找java運行環境的
　　目錄，和jvm.dll這個虛擬機核心動態連接庫文件路徑所在。根據操作系統不同，
　　該函數有不同實現版本，但大體處理邏輯相同，我們看看windows平臺該函數的處
　　理（j2se/src/windows/bin/java_md.c）。
　　
　　CreateExecutionEnvironment函數主要分為三步處理：
　　a、查找jre路徑。
　　b、裝載jvm.cfg中指定的虛擬機動態連接庫（jvm.dll）參數。
　　c、取jvm.dll文件路徑。
　　
　　實現：
　　
　　a、查找jre路徑是通過java_md.c中函數：GetJREPath實現的。
　　該函數首先調用GetapplicationHome函數，GetApplicationHome函數調用windows
　　API函數GetModuleFileName取java.exe程序的絕對路徑，以我的jdk安裝路徑為例，
　　為：“D:/java/j2sdk1.4.2_04/bin/java.exe”，然后去掉文件名取絕對路徑為：
　　“D:/java/j2sdk1.4.2_04/bin”，之后會在去掉最后一級目錄，現在絕對路徑為：
　　“D:/java/j2sdk1.4.2_04”。
　　然后GetJREPath函數繼續判定剛剛取的路徑+/bin/java.dll組合成的這個java.dll
　　文件是否存在，假如存在則“D:/java/j2sdk1.4.2_04”為JRE路徑，否則判定取得
　　的“D:/java/j2sdk1.4.2_04”路徑+/jre/bin/java.dll文件是否存在，存在則
　　“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre”為JRE路徑。假如上面兩種情況都不存在，則從注
　　冊表中去查找（參見函數GetPublicJREHome）。
　　
　　函數：GetPublicJREHome先查找
　　HKEY_LOCAL_MACHINE/Software/JavaSoft/Java Runtime Environment/CurrentVersion
　　鍵值“當前JRE版本號”，判定“當前JRE版本號”是否為1.4做為版本號，假如是則
　　取HKEY_LOCAL_MACHINE/Software/JavaSoft/Java Runtime Environment/“當前JRE版本號”
　　/JavaHome的路徑所在為JRE路徑。
　　
　　我的JDK返回的JRE路徑為：“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre”。
　　
　　b、裝載jvm.cfg虛擬機動態連接庫配置文件是通過java.c中函數:ReadKnownVMs實現
　　的。
　　該函數首先組合jvm.cfg文件的絕對路徑，JRE路徑+/lib+/ARCH（CPU構架）+/jvm.cfg
　　ARCH（CPU構架）的判定是通過java_md.c中GetArch函數判定的，該函數中windows平
　　臺只有兩種情況：WIN64的‘ia64’，其他情況都為‘i386’。我的為i386所以jvm.cfg
　　文件絕對路徑為：“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre/lib/i386/jvm.cfg”。文件內容如
　　下：
　　## @(#)jvm.cfg　 1.7 03/01/23# # Copyright 2003 Sun Microsystems, Inc. All rights reserved.# SUN PROPRIETARY/CONFIDENTIAL. Use is subject to license terms.# # ### List of JVMs that can be used as an option to java, javac, etc.# Order is important -- first in this list is the default JVM.# NOTE that this both this file and its format are UNSUPPORTED and# WILL GO AWAY in a future release.## You may also select a JVM in an arbitrary location with the# "-XXaltjvm=<jvm_dir>" option, but that too is unsupported# and may not be available in a future release.#-client KNOWN-server KNOWN-hotspot ALIASED_TO -client-classic WARN-native ERROR-green ERROR
　　
　　（假如細心的話，我們會發現在JDK目錄中我的為：“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre/bin/client”和“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre/bin/server”兩個目錄下都存在jvm.dll文件。而java正是通過jvm.cfg配置文件來治理這些不同版本的jvm.dll的。）
　　
　　ReadKnownVMs函數會將該文件中的配置內容讀入到一個JVM配置結構的全局變量中，該函數首先跳過注釋（以‘#’開始的行），然后讀取以‘-’開始的行指定的jvm參數，每一行為一個jvm信息，第一部分為jvm虛擬機名稱，第二部分為配置參數，比如行：
　　“-client KNOWN”則“-client”為虛擬機名稱，而“KNOWN”為配置類型參數，“KNOWN”
　　表示該虛擬機的jvm.dll存在，而“ALIASED_TO”表示為另一個jvm.dll的別名，“WARN”
　　表示該虛擬機的jvm.dll不存在但運行時會用其他存在的jvm.dll替代執行，而“ERROR”
　　同樣表示該類虛擬機的jvm.dll不存在且運行時不會找存在的jvm.dll替代而直接拋出錯誤
　　信息。
　　
　　在運行java程序時指定使用那個虛擬機的判定是由java.c中函數：CheckJvmType判定，該函數會檢查java運行參數中是否有指定jvm的參數，然后從ReadKnownVMs函數讀取的jvm.cfg數據結構中去查找，從而指定不同的jvm類型（最終導致裝載不同jvm.dll）。有兩種方法可以指定jvm類型，一種按照jvm.cfg文件中的jvm名稱指定，第二種方法是直接指定，它們執行的方法分別是“java -J<jvm.cfg中jvm名稱>”、“java -XXaltjvm=<jvm類型名稱>”或“java -J-XXaltjvm=<jvm類型名稱>”。假如是第一種參數傳遞方式，CheckJvmType函數會取參數‘-J’后面的jvm名稱，然后從已知的jvm配置參數中查找假如找到同名的則去掉該jvm名稱前的‘-’直接返回該值；而第二種方法，會直接返回“-XXaltjvm=”或“-J-XXaltjvm=”后面的jvm類型名稱；假如在運行java時未指定上面兩種方法中的任一一種參數，CheckJvmType會取配置文件中第一個配置中的jvm名稱，去掉名稱前面的‘-’返回該值。CheckJvmType函數的這個返回值會在下面的函數中匯同jre路徑組合成jvm.dll的絕對路徑。
　　
　　比如：假如在運行java程序時使用“java -J-client test”則ReadKnownVMs會讀取參數“-client”然后查找jvm.cfg讀入的參數中是否有jvm名稱為“-client”的，假如有則去掉jvm名稱前的“-”直接返回“client”；而假如在運行java程序時使用如下參數：
　　“java -XXaltjvm=D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre/bin/client test”，則ReadKnownVMs
　　會直接返回“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre/bin/client”；假如不帶上面參數執行如：
　　“java test”，因為在jvm.cfg配置文件中第一個存在的jvm為“-client”，所以函數
　　ReadKnownVMs也會去掉jvm名稱前的“-”返回“client”。其實這三中情況都是使用的
　　“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre/bin/client/jvm.dll”這個jvm動態連接庫處理test這個class的，見下面GetJVMPath函數。
　　
　　c、取jvm.dll文件路徑是通過java_md.c中函數：GetJVMPath實現的。
　　由上面兩步我們已經獲得了JRE路徑和jvm的類型字符串。GetJVMPath函數判定CheckJvmType
　　返回的jvm類型字符串中是否包含了‘/’或‘/’假如包含則以該jvm類型字符串+/jvm.dll作為JVM的全路徑，否則以JRE路徑+/bin+/jvm類型字符串+/jvm.dll作為JVM的全路徑。
　　
　　看看上面的例子，第一種情況“java -J-client test”jvm.dll路徑為：
　　JRE路徑+/bin+/jvm類型字符串+/jvm.dll 按照我的JDK路徑則為：
　　“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre”+“/bin”+“/client”+“/jvm.dll”。
　　第二種情況“java -XXaltjvm=D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre/bin/client test”路徑為：
　　jvm類型字符串+/jvm.dll即為：“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre/bin/client”+“/jvm.dll”
　　第三種情況“java test”為：“D:/java/j2sdk1.4.2_04/jre”+“/bin”+“/client”
　　+“/jvm.dll”與情況一相同。所以這三種情況都是調用的jvm動態連接庫“D:/javaj2sdk1.4.2_04/jre/bin/client/jvm.dll”處理test類的。
　　
　　我們來進一步驗證一下：
　　打開cmd控制臺：
　　
　　設置java裝載調試
　　E:/work/java_research>set _JAVA_LAUNCHER_DEBUG=1
　　
　　情況一
　　E:/work/java_research>java -J-client test.ScanDirectory
　　----_JAVA_LAUNCHER_DEBUG----

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