[KANMARS原创] - (六) 从JVM源码来理解JavaThread类启动过程与main方法调用

JavaThread类启动过程与main方法调用

JavaThread对应于每一个java层的Thread，例如调用public static void main(String[] args)时，自动生成一个java线程，而且每new Thread(){()->{}}.start();的时候也会生成一个java线程。

根据一些粗显的知识，java线程中包含虚拟机栈、程序计数器。

虚拟机栈包含：栈帧，每一个方法调用都会生成一个栈帧

栈帧包含：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址

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或许大家作为JAVA程序员想象了一遍又一遍的JVM内部实现，但大部分是错误的想法，（例如：每一个虚拟机栈包含了局部变量表，但在OpenJDK 的JVM中，虚拟机栈和局部变量表是分离的实现） ,今天我们就来看一下，在JVM中，这些东西是怎么实现的。

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JavaThread是如何启动并运行的

JavaThread的启动位于

java.c:main -> java.c:javaMain -> java.c:InitializeJVM->Thread.cpp:CreateJavaVM

JavaThread内部的重要属性如下：

JavaThread _next; 下一个JavaThread

oop _threadObj;

JavaFrameAnchor _anchor; JavaFrame的锚点

ThreadFunction _entry_point;

JNIEnv _jni_environment;

vframeArray _vframe_array_head; vframe_array的头部

vframeArray _vframe_array_last; vframe_array的尾部

GrowableArray<jvmtiDeferredLocalVariableSet> _deferred_locals_updates; 本地变量表，即localVariable，从此可以看出，本地变量表并非在栈帧中，而是并列的结构

methodOop _callee_target;

oop _vm_result;

oop _vm_result_2;

MemRegion _deferred_card_mark;

ThreadSafepointState _safepoint_state;

address _saved_exception_pc;

volatile oop _exception_oop;

volatile address _exception_pc;

volatile address _exception_handler_pc;

volatile int _exception_stack_size;

volatile int _is_method_handle_return;

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JavaThread main_thread = new JavaThread();

调用父构造函数: Thread()

代码: new HandleMark(this);

代码: _unhandled_oops = new UnhandledOops(this);

代码: initialize();

代码: _anchor.clear();

代码: pd_initialize();

代码: _anchor.clear();

代码: _is_attaching = is_attaching;

main_thread->set_thread_state(_thread_in_vm);

线程状态共12种

                        enum JavaThreadState {

                        _thread_uninitialized = 0, // should never happen (missing initialization)

                        _thread_new = 2, // just starting up, i.e., in process of being initialized

                          _thread_new_trans = 3, // corresponding transition state (not used, included for completness)

                        _thread_in_native = 4, // running in native code

                        _thread_in_native_trans = 5, // corresponding transition state

                    _thread_in_vm = 6, // running in VM

                          _thread_in_vm_trans = 7, // corresponding transition state

                          _thread_in_Java = 8, // running in Java or in stub code

                          _thread_in_Java_trans = 9, // corresponding transition state (not used, included for completness)

                          _thread_blocked = 10, // blocked in vm

                          _thread_blocked_trans = 11, // corresponding transition state

                          _thread_max_state = 12 // maximum thread state+1 - used for statistics allocation

                      };

main_thread->record_stack_base_and_size();

main_thread->initialize_thread_local_storage();

代码: ThreadLocalStorage::set_thread(this);

代码: os::initialize_thread(); 空函数

main_thread->set_active_handles(JNIHandleBlock::allocate_block());

代码: block = new JNIHandleBlock();

代码: return block;

main_thread->set_as_starting_thread()

代码: os::create_main_thread((JavaThread)this)

代码: create_attached_thread(thread)

代码: OSThread osthread = new OSThread(NULL, NULL);

代码: osthread->set_thread_id(os::Linux::gettid()); //设置线程ID为Linux的gettid，内部代码为系统调用syscall(SYS_gettid);

代码: osthread->set_pthread_id(::pthread_self()); //设置pthreadId为当前运行的线程id

代码: os::Linux::init_thread_fpu_state();

代码: osthread->set_state(RUNNABLE);

代码: thread->set_osthread(osthread);

代码: JavaThread jt = (JavaThread )thread;

代码: address addr = jt->stack_yellow_zone_base();

代码: osthread->set_expanding_stack();

代码: os::Linux::manually_expand_stack(jt, addr);

代码: osthread->clear_expanding_stack();

代码: os::Linux::hotspot_sigmask(thread);

以上代码需要注意的是，在内部并没有调用任何os:create_thread()方法，只是将主线程设置为了osthread的threadId，因此此步骤并未生成新的thread，而是使用原thread继续运行

main_thread->create_stack_guard_pages(); 创建警戒页并把该警戒页通过::mmap函数映射到address low_addr = stack_base() - stack_size();处

main_thread->cache_global_variables(); 空函数

Threads::add(main_thread);

代码: p->initialize_queues();

代码: p->set_next(_thread_list);

代码: _thread_list = p;

代码: _number_of_threads++;

代码: ThreadService::add_thread(p, daemon);

oop thread_object = create_initial_thread(thread_group, main_thread, CHECK_0);

main_thread->set_threadObj(thread_object);

java_lang_Thread::set_thread_status(thread_object, java_lang_Thread::RUNNABLE);

在执行完毕Thread.cpp:CreateJavaVM后，在java.c中

mainClassName = GetMainClassName(env, jarfile);

classname = (char )(env)->GetStringUTFChars(env, mainClassName, 0);

mainClass = LoadClass(env, classname);

mainID = (env)->GetStaticMethodID(env, mainClass, “main”, ”([Ljava/lang/String;)V”);

jmethodID mid;

jobject obj = (env)->ToReflectedMethod(env, mainClass,mainID, JNI_TRUE);

mid = (env)->GetMethodID(env,(env)->GetObjectClass(env, obj),”getModifiers”, “()I”);

mods = (env)->CallIntMethod(env, obj, mid);

(env)->CallStaticVoidMethod(env, mainClass, mainID, mainArgs); //执行java的main方法

代码: env->CallStaticVoidMethod( pClass, pMid, pArgs);

代码: functions->CallStaticVoidMethodV(this,cls,methodID,args);

代码: JavaValue jvalue(T_VOID);

JNI_ArgumentPusherVaArg ap(THREAD, methodID, args); //将参数推送到堆栈中

调用父类构造函数: JNI_ArgumentPusher(thread, JNIHandles::resolve_jmethod_id(method_id)->signature())

调用父类构造函数: SignatureIterator(thread, signature)

代码: _signature = signature;

代码: _parameter_index = 0;

代码: this->_return_type = T_ILLEGAL;

代码: _arguments = NULL;

代码: set_ap(rap);

代码: _ap = rap;

jni_invoke_static(env, &jvalue, NULL, JNI_STATIC, methodID, &ap, CHECK); //执行static方法，参数为ap，返回值为jvalue

代码: methodHandle method(THREAD, JNIHandles::resolve_jmethod_id(method_id));

代码: ResourceMark rm(THREAD);

代码: int number_of_parameters = method->size_of_parameters();

代码: JavaCallArguments java_args(number_of_parameters);

代码: args->set_java_argument_object(&java_args);

代码: args->iterate( Fingerprinter(THREAD, method).fingerprint() ); //???????????+++++++++++++++

代码: result->set_type(args->get_ret_type());

代码: JavaCalls::call(result, method, &java_args, CHECK); invoke the method

代码: JavaCalls::call

代码: JavaCalls::call_helper

代码: JavaCallWrapper link(method, receiver, result, CHECK);

代码: address entry_point = method->from_interpreted_entry();

代码:

                                                                                  代码:    StubRoutines::call_stub()(                                                  调用Stub，在java中，每一个方法都会解析为一个Stub

                                                                                                  (address)&link,

                                                                                                // (intptr_t)&(result->_value), // see NOTE above (compiler problem)

                                                                                                  result_val_address, // see NOTE above (compiler problem)

                                                                                                result_type,

                                                                                                  method(),

                                                                                                entry_point,

                                                                                                  args->parameters(),

                                                                                                  args->size_of_parameters(),

                                                                                                CHECK

                                                                                                  );

代码: result = link.result();

代码: result->set_jobject((jobject)thread->vm_result());

代码: if (result->get_type() == T_OBJECT || result->get_type() == T_ARRAY) {

result->set_jobject(JNIHandles::make_local(env, (oop) result->get_jobject()));

}

ret = (*env)->ExceptionOccurred(env) == NULL ? 0 : 1;

至此，可以看到

java.c中的launcher创建了JVM环境，然后获取到了java的main方法，然后执行jenv->CallStaticVoidMethod函数，触发了jni_invoke_static函数，之后触发了StubRoutines::call_stub()所代表的函数指针

那么问题来了，StubRoutines是什么东西，是在什么时候产生的？其内部又会对JavaThread的属性产生什么操作？其内部是如何调用到entry_point即method->from_interpreted_entry()的?

可以阅读一下R大的博客http://hllvm.group.iteye.com/group/topic/37707，权当预习。

这个行业前辈众多，需要膜拜之……例如R大，在我刚学Java之时他成名已久