如何找到native方法对应的Hotspot源码

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hello,大家好,我是江湖人送外号[道格牙]的子牙老师。

大家平时在看jdk源码的时候,是不是看着看着,总是会凑不及防地遇到native方法,然后就束手无策了。

如何找native.jpg

今天我就教大家如何精准定位到Java方法对应的C++代码、如何高效研究Hotspot源码,甚至!教大家如何修改Hotspot源码,拓展反射API,为我所用!

怎么找

就拿线程的start方法为例吧

private native void start0();

一、定位文件

如果是系统的native方法,都是很有规律的

start0是Thread类中的方法,Thread类在jdk中有其对应的.c文件/openjdk/jdk/src/share/native/java/lang/Class.c

C文件.png

有没有看到很多你熟悉的Java类?比如System.c,里面的就是System.java中的所有native方法。

二、找方法

系统提供的JNI模块注册native方法有两种方式,所以找的话也有两种情况:

  1. 直接调用JVM模块中的方法,在每个.c文件的头部就可以找到

native方法1.png

2、JNI模块中定义一个方法,直接找

native方法2.png

3、你得理解这张远古图,才能理解JVM各模块的位置及联系

JVM模块.png

怎么读

找到native方法对应的Hotspot源码是第一步,接下来就是如何读懂的问题。

Hotspot主要是用C++编写的,所以掌握C++是必要的。对于大家来说,C++最难的应该就是它丰富的语法糖及万恶之源指针了。这些知识,只能通过做项目才能熟练掌握及深入理解。所以掌握C++是基础,你还得有C++的项目开发经验,否则你还是看不懂Hotspot源码。做什么项目?肯定不是写写常见的数据结构及算法,你得写一些与Hotspot相关的小项目,比如OOP机制、内存池、垃圾收集算法…

掌握了C++,有C++项目开发经验就可以了吗?还不够!你还得对JVM底层原理有深入的理解。这个理解不是看周志明的《深入理解Java虚拟机》就足够的,你得去看一些讲Hotspot源码级别的书籍,做到真正的理解才足够。这边给大家推荐两本:深入Hotspot、解密Java虚拟机底层原理与实现。如果你懒得找,关注公众号【硬核子牙】回复【Hotspot书】获取。

除此之外,还得掌握HSDB这款工具的使用,能熟练地用它去查找JVM内部找到你想要的数据。比如静态属性到底是在堆区还是方法区这样的问题,就可以通过HSDB查看Java类映射的Klass对象,然后通过查看它的属性得到答案。这款工具不知道怎么用?我之前讲的JVM底层原理中有演示。关注公众号【硬核子牙】回复【Hotspot书】获取。

再说下研究Hotspot源码的顺序:先把JVM的启动流程整个看一遍,这时候会碰到很多不知道干啥有啥用的类、不知道为什么存在的流程…不用管,理清主线就可以了。第二步就是去看JVM是如何执行main方法的,这个流程包含类加载的流程及JVM执行方法的流程,同样会遇到各种看不懂。不要灰心,理清主线了解个大概即可。然后就是求甚解的阶段,基于对JVM底层原理的理解仔细读类加载流程、内存初始化、垃圾收集器与内存如何构建起的桥梁、模板引擎执行流生成、封装继承多态的实现原理…这个过程可能会很久很久,所以这个过程不能急,慢慢啃。

读源码需要有单步调试环境,因为你需要看调用链路、变量赋值、指针指向,甚至是运行时代码区。我之前分享过如何搭建单步调试openjdk环境(链接在文末)。相关的软件建议与我的环境保持一致,不然你可能需要花很长时间踩坑。关注公众号【硬核子牙】回复【单步调试】获取相关软件。

黑科技

native方法也找到了,我又是C++大佬,我改怎么验证我的想法及猜测呢?改代码呗!改完后给Java提供调用API呗!JNI行吗?不行!JNI能做的事情都被Hotspot限制死了。你想做的一些事情,只有修改Hotspot源码这一招。我给大家分享一招最简单的。咱们就拓展反射的API吧。

一、增加native方法

/openjdk/jdk/src/share/classes/java/lang/Class.java
public native boolean isInstance1(Object obj);

二、实现native方法

/openjdk/jdk/src/share/native/java/lang/Class.c
JNIEXPORT jboolean JNICALL
Java_java_lang_Class_isInstance1(JNIEnv *env, jobject cls, jobject obj)
{
    if (obj == NULL) {
        return JNI_FALSE;
    }
    return (*env)->IsInstanceOf(env, obj, (jclass)cls);
}

三、让编译器知道我增加了方法

/openjdk/jdk/make/mapfiles/libjava/mapfile-vers
# Define public interface.
SUNWprivate_1.1 {
    global:
     ……
    Java_java_lang_Class_isInstance1;
    ……

四、编译

sudo make all DISABLE_HOTSPOT_OS_VERSION_CHECK=OK ZIP_DEBUGINFO_FILES=0

五、运行

测试程序.png

OK,东风已就位,可以踏上探究Hotspot源码之旅了。

结语

我是子牙老师,喜欢钻研底层,深入研究Windows、Linux内核、JVM。运营公众号:硬核子牙。硬核内容等你来学习。