java解析dxf文件_浅析JVM方法解析、创建和链接

一：前言

上周末写了一篇文章《你知道Java类是如何被加载的吗？》，分析了HotSpot是如何加载Java类的，干脆趁热打铁，本周末再来分析下Hotspot又是如何解析、创建和链接类方法的。

二：Class文件中的Java方法

Java类在编译后会被编译成 Class 文件，在几年前写的《Jvm之用java解析class文件》中，我对 Class 文件的结构进行了分析，里面已经讲过了Java 方法在 Class 文件中的结构，今天就再温故而知新下。

先来看下 Class 文件的结构：

ClassFile

methods_count 记录了 Class 文件中一共有多少方法。
methods 是个数组，包含 Class 文件的所有方法。

methods 的数组类型为 method_info，每个 method_info 对应一个 Java 方法。

method_info {u2 access_flags;u2 name_index;u2 descriptor_index;u2 attributes_count;attribute_info attributes[attributes_count];
}

access_flags 是方法的访问权限。
name_index 是方法名在常量池中的索引。
descriptor_index 是方法描述符在常量池中的索引。
attributes_count 记录了方法一共有多少属性。
attributes是个数组，包含了方法的所有属性。

attributes 中的每一项都是方法的一个属性，其中代表字节码的属性为 Code_attribute：

Code_attribute {u2 attribute_name_index; u4 attribute_length;u2 max_stack;u2 max_locals;u4 code_length;u1 code[code_length];u2 exception_table_length; {u2 start_pc;u2 end_pc;u2 handler_pc;u2 catch_type;} exception_table[exception_table_length];u2 attributes_count;attribute_info attributes[attributes_count];
}

max_stack 表示当前方法操作数栈的最大深度。
max_locals 表示当前方法局部变量的最大个数。
code[code_length] 记录了方法中的字节码指令

总的来说，Class 文件中对方法的描述还是很简洁清晰的。

三：HotSpot 如何解析 Java 方法

Class 文件相当于 Java 类的模板，JVM 在读取 Class 文件后，会根据这个模板，建立 Java 类在虚拟机中的模型。

在上篇文章《你知道Java类是如何被加载的吗？》中，我提到了 ClassFileParser，它是HotSpot 加载类所需要的一员大将，通过名字我们就能猜出它的作用：类文件解析器。

还记得Class在JVM中对应的 InstanceKlass 是如何创建的吗？不记得话看一下下面这段代码来回忆下。

ClassFileParser

上面这段代码主要是创建了一个ClassFileParser，并调用了其create_instance_klass（）来创建 InstanceKlass。但是对于Class文件的解析，是在 create_instance_klass（）之前就完成了的。当经过一系列初始化操作后，ClassFileParser 便在其构造函数的末尾，调用 parse_stream(stream, CHECK)，开始了 Class 文件的解析之旅。

在 parse_stream（）中，ClassFileParser 会对整个Class文件解析解析，包括常量池、字段、父类、接口等信息，当然也包括类方法。用来解析所有类方法的函数为：parse_methods（）。

void

ClassFileParser 对于 Class文件的解析是流式的，parse_methods（）先通过 cfs->get_u2_fast() 拿到方法数量，接着便开始进行遍历，调用 parse_method（）依次解析每个类方法。

从Class文件中method_info的定义可知，method 基本上所有信息都存储在method_info中的attributes[] 数组中，所以对于method的解析，基本上也就是在遍历attributes[] 数组。

method_info 中的attributes[] 数组是用来存放方法的各个属性的，其中包括Code属性、Exception属性、MethodParameters属性、Synthetic属性。parse_method（）要做的主要工作，就是遍历attributes[] 数组，解析每个属性。

下面我们来便来各个击破，看看上面这些属性是如何被解析的。

3.1 解析 Code 属性

（1）获取maxStacks、maxLocals 和 code length

if

（2）获取字节码指令首地址

code_start

（3）解析方法中的异常处理表

exception_table_length

（4）解析Code属性中的属性表，如 LineNumberTables、LocalVariableTables、LocalVariableTypeTables。主要是用于记录一些调试信息。

3.2 解析 Exception 属性

Exception 属性记录了方法可能抛出的异常。

checked_exceptions_start

3.3 解析 MethodParameters 属性

MethodParameters 属性记录了方法的参数信息。

method_parameters_seen

3.4 解析 Synthetic 属性

Synthetic 属性表示成员是在编译期自动为Class生成，如内部类提供给外部类用来访问内部成员的 access（）方法。

access_flags

如果在解析到该属性，直接调用 set_is_synthetic（）标志下即可。

由上面的解析过程可知，ClassFileParser 主要就是按照Java虚拟机规范对Class文件结构的定义进行流式解析。

四：HotSpot 如何创建 Java 方法

经过第三节的解析，ClassFileParser 已经从Class文件中获取到了方法的所有信息。接下来要做的，便是通过读取的信息，创建 Java 方法在 JVM 中的数据模型。

在HotSpot中，Java方法对应的数据结构为 Method，定义在 method.hpp 中

class

创建 Method 主要分为下面几步。

4.1 分配方法对应的 Method

Method

4.2 将解析方法时读取到信息填充到 Method 中

m->set_constants(_cp);
m->set_name_index(name_index);
m->set_signature_index(signature_index);
......
// Fill in code attribute information
m->set_max_stack(max_stack);
m->set_max_locals(max_locals);
......
// Copy byte codes
m->set_code((u1*)code_start);
......
// Copy exception table
if (exception_table_length > 0) {Copy::conjoint_swap_if_needed<Endian::JAVA>(exception_table_start,m->exception_table_start(),exception_table_length * sizeof(ExceptionTableElement),sizeof(u2));
}
......

Method 中将一些只读数据都存放到了它的 _constMethod 中，_constMethod 类型为ConstMethod，定义在 constMethod.hpp 中。

举个例子，方法的字节码指令就存放在 ConstMethod 中，不过这么说不太严谨，字节码指令并不是直接存放在 ConstMethod 内部，而是紧跟着 ConstMethod 存放在内存中。

我们再看看上面的填充逻辑，调用了 m->set_code((u1*)code_start) 来存放字节码指令首地址，Method 其实是直接调用了 ConstMethod 的 set_code（）：

void

ConstMethod的set_code（）也很简单：

void

首先调用code_base（）获取存放字节码的地址，接着便调用memcpy（），将字节码指令从 code 处拷贝到code_base（）处。

code_base（）代码如下：

address

因为 this 本身是指针，所以 this + 1 获取的地址为：

constMethod 首地址 + sizeOf（ConstMethod）

所以字节码指令存放在ConstMethod之后：

存放好字节码指令后，以后当调用该方法时，就可以从 ConstMethod 中获取到字节码指令首地址，从而进行取指执行了。

五：HotSpot 如何链接 Java 方法

上面只是在加载Class文件时对Java方法进行了解析和创建，而Java 方法的链接是发生在所属InstanceKlass 的初始化时期。

一般来说，Class文件在被加载成 InstanceKlass 后不会立即初始化，而是等到实例化 Obejct、反射获取字段、方法信息，或者调用static方法等时机才会初始化。

InstanceKlass在初始化时会调用 link_class（）对类进行链接，在类的链接过程中，便会调用 InstanceKlass的 link_methods（）方法，对类的所有方法进行链接。

对单个 Method 进行链接的方法为：Method::link_method(const methodHandle& h_method, TRAPS)，方法链接主要就是做的事就是设置 Method 的 interpreter_entry：

address

上面首先通过 entry_for_method（h_method）获取方法的入口例程，关于这个例程是干什么的，可以看看之前写的《JVM方法执行的来龙去脉》，简单来说，HotSpot对于Java方法的执行不是简单的从方法字节码首地址处进行取指执行即可，在进行字节码指令执行之前，需要为Java方法创建栈帧、局部变量表等事情，而这些事情是通用的，所以HotSpot将这些事情统一到一起，对Java方法的执行做了一层封装，而例程便是这个封装的入口。

HotSpot 提前为各种类型的方法创建好了一系列例程，所以 entry_for_method（h_method）便是根据方法类型，从例程表中查询到对应类型的例程。

查询到例程后，便调用set_interpreter_entry(entry)，将例程的入口地址保存到Method中：