JVM 源码分析之 JVM 启动流程

青旅半醒 2023-09-30 20:29 25阅读 0赞

**JVM 源码分析之 JVM 启动流程**

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：

![7d110194bfc1e6b4199dce275cf0597a.png][]

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=`或`-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：

![d7e7e50a4b0b4dd083117953e670347b.png][]

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_CreateJavaVM`和`JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs`绑定到 InvocationFunctions 变量的`CreateJavaVM`和`GetDefaultJavaVMInitArgs`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：

![95b302002c2b7f94e8d1cfc163739968.png][]

AddOption 方法实现如下：

![96b01e6968836bde93f9388e39938176.png][]

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：

![15e52acef898ac1a5f01d01ebc1514af.png][]

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：

![ffdc9ab57b5d9fb609dbc57209f697af.png][]

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

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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：

![7ef25243ced29899ce9e4808c23759dc.png][]

`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

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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**

![a3b24f3df0b4e417f2309d6fe2ff96bc.png][]

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**

![e43fc65ab1bb4ceb86c5afa94f4a1cdb.png][]

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：

![79dc0c912b585a35e970ce00441597dc.png][]

最终调用`JVM.dll`函数`jni_GetStaticMethodID`实现

![343ce4f9e38121c332a2706e9d1b05ab.png][]

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

![4c4548fcc221eed718b52c1c1d7e6354.png][]

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

![d26155be9fee7dbd6bfffead37bca938.png][]

jni\_invoke\_static 实现如下：

![3fa2aa2b55d3c2077edf91d6b663f933.png][]

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