深入理解Java之jvm启动流程详解编程语言

当我们写一个Java类，并重写Main方法，程序就能运行起来。main方法的背后，程序为什么能运行，jvm究竟做了什么处理？要理解这些，就需要了解jvm的设计原理以及启动的流程。

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

jvm启动流程分析 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文件查找

我们来看一段Jre通过环境的路径和系统版本寻找jvm.cfg文件的代码。

说明：
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

调用JVM.dll文件中定义的函数初始化虚拟机中的函数。

JVM.dll文件的装载：

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；

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：

AddOption代码:

AddOption核心就是对-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。

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：

这里列出了JavaVMOption三个常用的参数：
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；

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：

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；

设置线程栈大小

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：

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。

执行main方法

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：

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：

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：

最终调用JVM.dll函数jni_GetStaticMethodID实现。

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

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。

最终通过JavaCalls::call执行main方法，到此Jvm调用main方法启动类的完整流程就讲完了。

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