热门标签 | HotTags
当前位置:  开发笔记 > 编程语言 > 正文

JVM的方法执行引擎模板表

Java的模板解析执行需要模板表与转发表的支持,而这2个表中的数据在HotSpot虚拟机启动时就会初始化。这一篇首先介绍模板表。在启动虚拟机阶段会调用init_globals()方

Java的模板解析执行需要模板表与转发表的支持,而这2个表中的数据在HotSpot虚拟机启动时就会初始化。这一篇首先介绍模板表。

在启动虚拟机阶段会调用init_globals()方法初始化全局模块,在这个方法中通过调用interpreter_init()方法初始化模板解释器,调用栈如下:


TemplateInterpreter::initialize() templateInterpreter.cpp
interpreter_init() interpreter.cpp
init_globals() init.cpp
Threads::create_vm() thread.cpp
JNI_CreateJavaVM() jni.cpp
InitializeJVM() java.c
JavaMain() java.c
start_thread() pthread_create.c

interpreter_init()方法主要是通过调用TemplateInterpreter::initialize()方法来完成逻辑,initialize()方法的实现如下:


源代码位置:/src/share/vm/interpreter/templateInterpreter.cpp

void TemplateInterpreter::initialize() {
if (_code != NULL)
return;

// 抽象解释器AbstractInterpreter的初始化,AbstractInterpreter是基于汇编模型的解释器的共同基类,
// 定义了解释器和解释器生成器的抽象接口
AbstractInterpreter::initialize();

// 模板表TemplateTable的初始化,模板表TemplateTable保存了各个字节码的模板
TemplateTable::initialize();

// generate interpreter
{
ResourceMark rm;
int code_size = InterpreterCodeSize;
// CodeCache的Stub队列StubQueue的初始化
_code = new StubQueue(new InterpreterCodeletInterface, code_size, NULL,"Interpreter");
// 实例化模板解释器生成器对象TemplateInterpreterGenerator
InterpreterGenerator g(_code);
}

// initialize dispatch table
_active_table = _normal_table;
}

模板解释器的初始化包括如下几个方面:

(1)抽象解释器AbstractInterpreter的初始化,AbstractInterpreter是基于汇编模型的解释器的共同基类,定义了解释器和解释器生成器的抽象接口。

(2)模板表TemplateTable的初始化,模板表TemplateTable保存了各个字节码的模板(目标代码生成函数和参数);

(3)CodeCache的Stub队列StubQueue的初始化;

(4)解释器生成器InterpreterGenerator的初始化。

在之前介绍过,在TemplateInterpreter::initialize() 中通过调用语句来间接调用generate_method_entry()和generate_normal_entry()创建方法执行的栈帧:


InterpreterGenerator g(_code);

不过在如上语句调用之前,首先需要调用TemplateInterpreter类中的initialize()方法初始化模板表,如下:


TemplateTable::initialize();

模板表TemplateTable保存了各个字节码的模板(目标代码生成函数和参数),initialize()方法的实现如下:

源代码位置:/src/share/vm/interpreter/templateInterpreter.cpp


void TemplateTable::initialize() {
if (_is_initialized) return;
_bs = Universe::heap()->barrier_set();
// For better readability
const char _ = ‘ ‘;
const int ____ = 0;
const int ubcp = 1 < const int disp = 1 < const int clvm = 1 < const int iswd = 1 < // interpr. templates
// Java spec bytecodes ubcp|disp|clvm|iswd in out generator argument
def(Bytecodes::_nop , ____|____|____|____, vtos, vtos, nop , _ );
def(Bytecodes::_aconst_null , ____|____|____|____, vtos, atos, aconst_null , _ );
def(Bytecodes::_iconst_m1 , ____|____|____|____, vtos, itos, iconst , -1 );
def(Bytecodes::_iconst_0 , ____|____|____|____, vtos, itos, iconst , 0 );
// ...
def(Bytecodes::_tableswitch , ubcp|disp|____|____, itos, vtos, tableswitch , _ );
def(Bytecodes::_lookupswitch , ubcp|disp|____|____, itos, itos, lookupswitch , _ );
def(Bytecodes::_ireturn , ____|disp|clvm|____, itos, itos, _return , itos );
def(Bytecodes::_lreturn , ____|disp|clvm|____, ltos, ltos, _return , ltos );
def(Bytecodes::_freturn , ____|disp|clvm|____, ftos, ftos, _return , ftos );
def(Bytecodes::_dreturn , ____|disp|clvm|____, dtos, dtos, _return , dtos );
def(Bytecodes::_areturn , ____|disp|clvm|____, atos, atos, _return , atos );
def(Bytecodes::_return , ____|disp|clvm|____, vtos, vtos, _return , vtos );
def(Bytecodes::_getstatic , ubcp|____|clvm|____, vtos, vtos, getstatic , f1_byte );
def(Bytecodes::_putstatic , ubcp|____|clvm|____, vtos, vtos, putstatic , f2_byte );
def(Bytecodes::_getfield , ubcp|____|clvm|____, vtos, vtos, getfield , f1_byte );
def(Bytecodes::_putfield , ubcp|____|clvm|____, vtos, vtos, putfield , f2_byte );
def(Bytecodes::_invokevirtual , ubcp|disp|clvm|____, vtos, vtos, invokevirtual , f2_byte );
def(Bytecodes::_invokespecial , ubcp|disp|clvm|____, vtos, vtos, invokespecial , f1_byte );
def(Bytecodes::_invokestatic , ubcp|disp|clvm|____, vtos, vtos, invokestatic , f1_byte );
def(Bytecodes::_invokeinterface , ubcp|disp|clvm|____, vtos, vtos, invokeinterface , f1_byte );
def(Bytecodes::_invokedynamic , ubcp|disp|clvm|____, vtos, vtos, invokedynamic , f1_byte );
def(Bytecodes::_new , ubcp|____|clvm|____, vtos, atos, _new , _ );
def(Bytecodes::_newarray , ubcp|____|clvm|____, itos, atos, newarray , _ );
def(Bytecodes::_anewarray , ubcp|____|clvm|____, itos, atos, anewarray , _ );
def(Bytecodes::_arraylength , ____|____|____|____, atos, itos, arraylength , _ );
def(Bytecodes::_athrow , ____|disp|____|____, atos, vtos, athrow , _ );
def(Bytecodes::_checkcast , ubcp|____|clvm|____, atos, atos, checkcast , _ );
def(Bytecodes::_instanceof , ubcp|____|clvm|____, atos, itos, instanceof , _ );
def(Bytecodes::_monitorenter , ____|disp|clvm|____, atos, vtos, monitorenter , _ );
def(Bytecodes::_monitorexit , ____|____|clvm|____, atos, vtos, monitorexit , _ );
def(Bytecodes::_wide , ubcp|disp|____|____, vtos, vtos, wide , _ );
def(Bytecodes::_multianewarray , ubcp|____|clvm|____, vtos, atos, multianewarray , _ );
def(Bytecodes::_ifnull , ubcp|____|clvm|____, atos, vtos, if_nullcmp , equal );
def(Bytecodes::_ifnonnull , ubcp|____|clvm|____, atos, vtos, if_nullcmp , not_equal );
def(Bytecodes::_goto_w , ubcp|____|clvm|____, vtos, vtos, goto_w , _ );
def(Bytecodes::_jsr_w , ubcp|____|____|____, vtos, vtos, jsr_w , _ );
// wide Java spec bytecodes
def(Bytecodes::_iload , ubcp|____|____|iswd, vtos, itos, wide_iload , _ );
def(Bytecodes::_lload , ubcp|____|____|iswd, vtos, ltos, wide_lload , _ );
// ...
// JVM bytecodes
def(Bytecodes::_fast_agetfield , ubcp|____|____|____, atos, atos, fast_accessfield , atos );
def(Bytecodes::_fast_bgetfield , ubcp|____|____|____, atos, itos, fast_accessfield , itos );
def(Bytecodes::_fast_cgetfield , ubcp|____|____|____, atos, itos, fast_accessfield , itos );
def(Bytecodes::_fast_dgetfield , ubcp|____|____|____, atos, dtos, fast_accessfield , dtos );
def(Bytecodes::_fast_fgetfield , ubcp|____|____|____, atos, ftos, fast_accessfield , ftos );
def(Bytecodes::_fast_igetfield , ubcp|____|____|____, atos, itos, fast_accessfield , itos );
def(Bytecodes::_fast_lgetfield , ubcp|____|____|____, atos, ltos, fast_accessfield , ltos );
def(Bytecodes::_fast_sgetfield , ubcp|____|____|____, atos, itos, fast_accessfield , itos );
def(Bytecodes::_fast_aputfield , ubcp|____|____|____, atos, vtos, fast_storefield , atos );
def(Bytecodes::_fast_bputfield , ubcp|____|____|____, itos, vtos, fast_storefield , itos );
def(Bytecodes::_fast_cputfield , ubcp|____|____|____, itos, vtos, fast_storefield , itos );
def(Bytecodes::_fast_dputfield , ubcp|____|____|____, dtos, vtos, fast_storefield , dtos );
def(Bytecodes::_fast_fputfield , ubcp|____|____|____, ftos, vtos, fast_storefield , ftos );
def(Bytecodes::_fast_iputfield , ubcp|____|____|____, itos, vtos, fast_storefield , itos );
def(Bytecodes::_fast_lputfield , ubcp|____|____|____, ltos, vtos, fast_storefield , ltos );
def(Bytecodes::_fast_sputfield , ubcp|____|____|____, itos, vtos, fast_storefield , itos );
def(Bytecodes::_fast_aload_0 , ____|____|____|____, vtos, atos, aload , 0 );
def(Bytecodes::_fast_iaccess_0 , ubcp|____|____|____, vtos, itos, fast_xaccess , itos );
def(Bytecodes::_fast_aaccess_0 , ubcp|____|____|____, vtos, atos, fast_xaccess , atos );
def(Bytecodes::_fast_faccess_0 , ubcp|____|____|____, vtos, ftos, fast_xaccess , ftos );
def(Bytecodes::_fast_iload , ubcp|____|____|____, vtos, itos, fast_iload , _ );
def(Bytecodes::_fast_iload2 , ubcp|____|____|____, vtos, itos, fast_iload2 , _ );
def(Bytecodes::_fast_icaload , ubcp|____|____|____, vtos, itos, fast_icaload , _ );
def(Bytecodes::_fast_invokevfinal , ubcp|disp|clvm|____, vtos, vtos, fast_invokevfinal , f2_byte );
def(Bytecodes::_fast_linearswitch , ubcp|disp|____|____, itos, vtos, fast_linearswitch , _ );
def(Bytecodes::_fast_binaryswitch , ubcp|disp|____|____, itos, vtos, fast_binaryswitch , _ );
def(Bytecodes::_fast_aldc , ubcp|____|clvm|____, vtos, atos, fast_aldc , false );
def(Bytecodes::_fast_aldc_w , ubcp|____|clvm|____, vtos, atos, fast_aldc , true );
def(Bytecodes::_return_register_finalizer , ____|disp|clvm|____, vtos, vtos, _return , vtos );
def(Bytecodes::_invokehandle , ubcp|disp|clvm|____, vtos, vtos, invokehandle , f1_byte );
def(Bytecodes::_shouldnotreachhere , ____|____|____|____, vtos, vtos, shouldnotreachhere , _ );
// platform specific bytecodes
pd_initialize();
_is_initialized = true;
}

TemplateTable的初始化调用def()将所有字节码的目标代码生成函数和参数保存在_template_table或_template_table_wide(wide指令)模板数组中。除了虚拟机规范本身定义的字节码指令外,HotSpot虚拟机也定义了一些字节码指令,这些指令为了辅助虚拟机进行更好、理简单的功能实现,例如Bytecodes::_return_register_finalizer等在之前已经介绍过,可以更好的实现finalizer类型对象的注册功能。

对于调用def()函数时传递的一些参数在后面会解释。def()函数有2个,接收的参数不同,实现如下:


void TemplateTable::def(
Bytecodes::Code code, // 字节码指令
int flags, // 标志位
TosState in, // 模板执行前TosState
TosState out, // 模板执行后TosState
void (*gen)(), // 模板生成器,是模板的核心组件
char filler
) {
assert(filler == ‘ ‘, "just checkin‘");
def(code, flags, in, out, (Template::generator)gen, 0); // 调用下面的def()函数
}
void TemplateTable::def(
Bytecodes::Code code, // 字节码指令
int flags, // 标志位
TosState in, // 模板执行前TosState
TosState out, // 模板执行后TosState
void (*gen)(int arg), // 模板生成器,是模板的核心组件
int arg
) {
// should factor out these constants
const int ubcp = 1 < const int disp = 1 < const int clvm = 1 < const int iswd = 1 < // determine which table to use
bool is_wide = (flags & iswd) != 0;
// make sure that wide instructions have a vtos entry point
// (since they are executed extremely rarely, it doesn‘t pay out to have an
// extra set of 5 dispatch tables for the wide instructions - for simplicity
// they all go with one table)
assert(in == vtos || !is_wide, "wide instructions have vtos entry point only");
Template* t = is_wide ? template_for_wide(code) : template_for(code);
// setup entry
t->initialize(flags, in, out, gen, arg); // 调用模板表t的initialize()方法初始化模板表
assert(t->bytecode() == code, "just checkin‘");
}

模板表由模板表数组与一组生成器组成:

(1)模板表数组有_template_table与_template_table_wild,数组的下标为bytecode,值为Template,按照字节码指令的操作码递增顺序排列。

(2)一组生成器,所有与bytecode配套的生成器,在初始化模板表时作为gen参数传给相应的Template。

Template类的定义如下:


源代码位置:hotspot/src/share/vm/interpreter/templateTable.hpp
// A Template describes the properties of a code template for a given bytecode
// and provides a generator to generate the code template.
class Template VALUE_OBJ_CLASS_SPEC {
private:
enum Flags {
// 字节码指令指的是该字节码的操作数是否存在于字节码里面
uses_bcp_bit, // set if template needs the bcp pointing to bytecode
does_dispatch_bit,// set if template dispatches on its own
calls_vm_bit, // set if template calls the vm
wide_bit // set if template belongs to a wide instruction
};
typedef void (*generator)(int arg);
int _flags; // describes interpreter template properties (bcp unknown)
TosState _tos_in; // tos cache state before template execution
TosState _tos_out; // tos cache state after template execution
generator _gen; // template code generator
int _arg; // argument for template code generator
...
// Templates
static Template* template_for(Bytecodes::Code code) {
Bytecodes::check(code);
return &_template_table[code];
}
static Template* template_for_wide(Bytecodes::Code code) {
Bytecodes::wide_check(code);
return &_template_table_wide[code];
}
};

调用的template_for()与template_for_wild()方法从_template_table或_template_for_wild数组中取值。这2个变量定义在TemplateTable类中,如下:


static Template _template_table [Bytecodes::number_of_codes];
static Template _template_table_wide[Bytecodes::number_of_codes];

继续看TemplateTable::def(0函数的各个参数,解释如下:

(1)_flags:是一个标志,低四位分别表示:



  • uses_bcp_bit,标志需要使用字节码指针(byte code pointer,数值为字节码基址+字节码偏移量)

  • does_dispatch_bit,标志是否在模板范围内进行转发,如跳转类指令会设置该位

  • calls_vm_bit,标志是否需要调用JVM函数

  • wide_bit,标志是否是wide指令(使用附加字节扩展全局变量索引)

(2)_tos_in:表示模板执行前的TosState(操作数栈栈顶元素的数据类型,TopOfStack,用来检查模板所声明的输出输入类型是否和该函数一致,以确保栈顶元素被正确使用)

(3)_tos_out:表示模板执行后的TosState 

(4)_gen:表示模板生成器(函数指针)

(5)_arg:表示模板生成器参数

再来看一下TemplateTable::initialize()方法中对def()函数的调用,以_iinc(将局部变量增加1)为例,调用如下:


def(
Bytecodes::_iinc, // 字节码指令
ubcp|____|clvm|____, // 标志
vtos, // 模板执行前的TosState
vtos, // 模板执行后的TosState
iinc , // 模板生成器,是一个iinc()函数的指针
_ // 不需要模板生成器参数
); 

设置标志位uses_bcp_bit和calls_vm_bit,表示iinc指令的生成器需要使用bcp指针函数at_bcp(),且需要调用JVM函数,下面给出了生成器的定义:


源代码位置:/hotspot/src/cpu/x86/vm/templateTable_x86_64.cpp
void TemplateTable::iinc() {
transition(vtos, vtos);
__ load_signed_byte(rdx, at_bcp(2)); // get constant
locals_index(rbx);
__ addl(iaddress(rbx), rdx);
}

iinc指令的格式如下:


iinc
index
const

操作码iinc占用一个字节,而index与const分别占用一个字节。使用at_bcp()函数获取iinc指令的操作数,2表示偏移2字节,所以会将const取出来存储到rdx中。调用locals_index()函数取出index,locals_index()就是JVM函数。最终生成的汇编如下:


// %r13存储的是指向字节码的指针,偏移2字节后取出const存储到%edx
0x00007fffe101a210: movsbl 0x2(%r13),%edx
// 取出index存储到%ebx
0x00007fffe101a215: movzbl 0x1(%r13),%ebx
0x00007fffe101a21a: neg %rbx
// %r14指向本地变量表的首地址,将%edx加到%r14+%rbx*8指向的内存所存储的值上
// 之所以要对%rbx执行neg进行符号反转,是因为在Linux内核的操作系统上,栈是向低地址方向生长的
0x00007fffe101a21d: add %edx,(%r14,%rbx,8)

不过这里并不会调用iinc()函数生成对应的汇编代码,只是将传递给def()函数的各种信息保存到Template对象中,在TemplateTable::def()方法中,通过template_for()或template_for_wild()方法获取到数组中对应的Template对象后,就会调用Template::initialize()方法,实现如下:


void Template::initialize(int flags, TosState tos_in, TosState tos_out, generator gen, int arg) {
_flags = flags;
_tos_in = tos_in;
_tos_out = tos_out;
_gen = gen;
_arg = arg;
}

可以看到,只是将信息保存到对应的Template对象中,这样就可以根据字节码索引从数组中获取对应的Template对象,进而获取相关信息。下一篇我们将会看到对这些信息的使用。  

相关文章的链接如下:

1、在Ubuntu 16.04上编译OpenJDK8的源代码 

2、调试HotSpot源代码

3、HotSpot项目结构 

4、HotSpot的启动过程 

5、HotSpot二分模型(1)

6、HotSpot的类模型(2)  

7、HotSpot的类模型(3) 

8、HotSpot的类模型(4)

9、HotSpot的对象模型(5)  

10、HotSpot的对象模型(6) 

11、操作句柄Handle(7)

12、句柄Handle的释放(8)

13、类加载器 

14、类的双亲委派机制 

15、核心类的预装载

16、Java主类的装载  

17、触发类的装载  

18、类文件介绍 

19、文件流 

20、解析Class文件 

21、常量池解析(1) 

22、常量池解析(2)

23、字段解析(1)

24、字段解析之伪共享(2) 

25、字段解析(3)  

26、字段解析之OopMapBlock(4)

27、方法解析之Method与ConstMethod介绍  

28、方法解析

29、klassVtable与klassItable类的介绍  

30、计算vtable的大小 

31、计算itable的大小 

32、解析Class文件之创建InstanceKlass对象 

33、字段解析之字段注入 

34、类的连接  

35、类的连接之验证 

36、类的连接之重写(1) 

37、类的连接之重写(2)

38、方法的连接  

39、初始化vtable 

40、初始化itable  

41、类的初始化 

42、对象的创建  

43、Java引用类型 

44、Java引用类型之软引用(1)

45、Java引用类型之软引用(2)

46、Java引用类型之弱引用与幻像引用  

47、Java引用类型之最终引用

48、HotSpot的垃圾回收算法  

49、HotSpot的垃圾回收器   

50、CallStub栈帧 

51、entry point栈帧  

52、generate_fixed_frame()方法生成Java方法栈帧 

53、dispatch_next()方法的实现  

54、虚拟机执行模式 

作者持续维护的个人博客  classloading.com

关注公众号,有HotSpot源码剖析系列文章!

技术分享图片   

  

 


推荐阅读
  • 我的读书清单(持续更新)201705311.《一千零一夜》2006(四五年级)2.《中华上下五千年》2008(初一)3.《鲁滨孙漂流记》2008(初二)4.《钢铁是怎样炼成的》20 ... [详细]
  • 本文探讨了程序员这一职业的本质,认为他们是专注于问题解决的专业人士。文章深入分析了他们的日常工作状态、个人品质以及面对挑战时的态度,强调了编程不仅是一项技术活动,更是个人成长和精神修炼的过程。 ... [详细]
  • 数据类型--char一、char1.1char占用2个字节char取值范围:【0~65535】char采用unicode编码方式char类型的字面量用单引号括起来char可以存储一 ... [详细]
  • 本文详细介绍了iOS应用的生命周期,包括各个状态及其转换过程中的关键方法调用。 ... [详细]
  • 项目风险管理策略与实践
    本文探讨了项目风险管理的关键环节,包括风险管理规划、风险识别、风险分析(定性和定量)、风险应对策略规划及风险控制。旨在通过系统的方法提升项目成功率,减少不确定因素对项目的影响。 ... [详细]
  • 探索AI智能机器人自动盈利系统的构建
    用户可通过支付198元押金及30元设备维护费租赁AI智能机器人,推荐他人加入可获得相应佣金。随着推荐人数的增加,用户将逐步解锁更高版本,享受更多收益。 ... [详细]
  • 本文将从基础概念入手,详细探讨SpringMVC框架中DispatcherServlet如何通过HandlerMapping进行请求分发,以及其背后的源码实现细节。 ... [详细]
  • Windows操作系统提供了Encrypting File System (EFS)作为内置的数据加密工具,特别适用于对NTFS分区上的文件和文件夹进行加密处理。本文将详细介绍如何使用EFS加密文件夹,以及加密过程中的注意事项。 ... [详细]
  • 回顾两年前春节期间的一个个人项目,该项目原本计划参加竞赛,但最终作为练习项目完成。独自完成了从编码到UI设计的全部工作,尽管代码量不大,但仍有一定的参考价值。本文将详细介绍该项目的背景、功能及技术实现。 ... [详细]
  • 如何在PHP中安装Xdebug扩展
    本文介绍了如何从PECL下载并编译安装Xdebug扩展,以及如何配置PHP和PHPStorm以启用调试功能。 ... [详细]
  • 本文探讨了在一个物理隔离的环境中构建数据交换平台所面临的挑战,包括但不限于数据加密、传输监控及确保文件交换的安全性和可靠性。同时,作者结合自身项目经验,分享了项目规划、实施过程中的关键决策及其背后的思考。 ... [详细]
  • importjava.io.*;importjava.util.*;publicclass五子棋游戏{staticintm1;staticintn1;staticfinalintS ... [详细]
  • 解决Visual Studio Code中PHP Intelephense误报问题
    PHP作为一种高度灵活的编程语言,其代码结构可能导致Intelephense插件在某些情况下报告不必要的错误或警告。自1.3.3版本起,Intelephense引入了多个配置选项,允许用户根据具体的工作环境和编程风格调整这些诊断信息的显示。 ... [详细]
  • 心理学经典:《思考致富》
    《思考致富》是由美国著名成功学大师拿破仑·希尔撰写的一部重要著作,该书基于希尔长达20年的深入研究和访谈,探讨了个人成功的核心要素。书中不仅揭示了成功的关键,还提供了一系列实用的方法和策略。 ... [详细]
  • 本文将详细介绍如何在二进制和十六进制之间进行准确的转换,并提供实际的代码示例来帮助理解这一过程。 ... [详细]
author-avatar
用户hxjr5k4y3f
这个家伙很懒,什么也没留下!
PHP1.CN | 中国最专业的PHP中文社区 | DevBox开发工具箱 | json解析格式化 |PHP资讯 | PHP教程 | 数据库技术 | 服务器技术 | 前端开发技术 | PHP框架 | 开发工具 | 在线工具
Copyright © 1998 - 2020 PHP1.CN. All Rights Reserved | 京公网安备 11010802041100号 | 京ICP备19059560号-4 | PHP1.CN 第一PHP社区 版权所有