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第41篇-JNIEnv与JavaVM的初始化

JavaVM和JNIEnv的初始化和JVM各模块的初始化都是在JNI_CreateJavaVM()函数中完成。这一篇将详细介绍JavaVM和JNIEnv的初始化过程。
1、初始化JavaVM
JavaVM的初始化都是在JNI_CreateJavaVM()函数中完成,调用链如下:

JavaMain()java.c InitializeJVM()java.c JNI_CreateJavaVM()jni.cpp

【第41篇-JNIEnv与JavaVM的初始化】在JavaMain()函数中调用InitializeJVM()函数,InitializeJVM()函数会初始化JVM,给JavaVM和JNIEnv变量赋值,通过InvocationFunctions结构体下的CreateJavaVM函数指针来调用对应的函数。在执行LoadJavaVM()函数时,CreateJavaVM函数指针被指向为libjvm.so(在Linux系统上的动态链接库为libjvm.so)动态链接库中JNI_CreateJavaVM()函数。JNI_CreateJavaVM()函数的实现如下:
源代码位置:openjdk/hotspot/src/share/vm/jni.cpp_JNI_IMPORT_OR_EXPORT_ jint JNICALL JNI_CreateJavaVM(JavaVM **vm, void **penv, void *args) { // ... jint result = JNI_ERR; bool can_try_again = true; //完成JVM的初始化,如果初始化过程中出现不可恢复的异常则can_try_again会被置为false result = Threads::create_vm((JavaVMInitArgs*) args, &can_try_again); //初始化正常 if (result == JNI_OK) { //获取当前线程,即执行create_vm()函数的线程,也是JNI_CreateJavaVM()函数执行完毕后执行main()方法的线程 JavaThread *thread = JavaThread::current(); // JavaVM赋值,main_vm是jni.h中的全局变量,最张会指向全局变量jni_InvokeInterface *vm = (JavaVM *)(&main_vm); // vm是方法的参数,是个双重指针//JNIEnv赋值,从这里也可以看出,JNIEnv其实是线程私有有 *(JNIEnv**)penv = thread->jni_environment(); // ... } // ... return result; }

调用Threads::create_vm()函数会初始化一系列的JVM模块,如果函数顺利执行完,则函数会返回JNI_OK,表示正确创建出了JVM实例,我们可以给vm赋值,这样JNI的本地函数就可以通过vm来管理这个创建出来的JVM实例了。
使用main_vm来初始化JavaVM类型的变量,main_vm变量的定义如下:
源代码来源:openjdk/hotspot/src/share/vm/jni.cppstruct JavaVM_ main_vm = {&jni_InvokeInterface };

JavaVM是JavaVM_的别名,所以我们后面提到的JavaVM指的就是JavaVM?_。同理,JNIEnv是JNIE?nv_的别名。?
jni_InvokeInterface的定义如下:
const struct JNIInvokeInterface_jni_InvokeInterface = { NULL, NULL, NULL,jni_DestroyJavaVM, jni_AttachCurrentThread, jni_DetachCurrentThread, jni_GetEnv, jni_AttachCurrentThreadAsDaemon };

结构体中保存了一系列函数指针,我们大前面说的JNI的本地函数通过vm来管理JVM实例,其实就是通过函数指针来调用对应的函数管理JVM实例。
通过 JavaVM,我们还可以获得 JVMTI 的指针,并获得 JVMTI 函数的使用能力,所有的 JVMTI 函数都通过jvmtiEnv获取,不同的虚拟机实现提供的函数细节可能不一样,但是使用的方式是统一的,关于JVMTI及相关知识这里不介绍,有兴趣的可自行研究。
2、初始化JNIEnv
JavaMain()java.c InitializeJVM()java.c JNI_CreateJavaVM()jni.cpp Threads::create_vm()thread.cpp JavaThread::JavaThread()thread.cpp JavaThread::initialize()thread.cpp jni_functions()jni.cpp

其中调用的Threads:create_vm()函数中会创建JavaThread实例,如下:
JavaThread* main_thread = new JavaThread()

根据调用链可知,在JavaThread构造函数中会调用JavaThread::initialize()函数,最终会调用jni_functions()函数。jni_functions()函数会返回thread.cpp文件中定义的一个全局变量,如下:
struct JNINativeInterface_* jni_functions() { return &jni_NativeInterface; }

jni_NativeInterface这个全局变量的定义如下:
struct JNINativeInterface_jni_NativeInterface = { NULL,f NULL, NULL, NULL,jni_GetVersion, jni_DefineClass, jni_FindClass,... };

如上的结构体中保存了各个JNI函数的指针。
调用jni_functions()函数后还会调用如下函数:
void set_jni_functions(struct JNINativeInterface_* functionTable) { _jni_environment.functions = functionTable; }

其中_jni_environment变量的定义如下:
源代码位置:openjdk/hotspot/src/share/vm/rumtime/thread.hpp// 定义在JavaThread中的变量,所以JNIEnv是线程私有的 JNIEnv_jni_environment;

JNIEnv这个结构体定义在之前说过,在这个结构体中首先定义的就是一个指向JNINativeInterface_的指针functions,如下:
struct JNIEnv_ { const struct JNINativeInterface_ *functions; ... }

_jni_environment就是main_thread保留的JNIEnv_实例了,正确设置functions属性就表示该实例初始化完成。
为了让大家一目了然,我简单画了一个示意图。
第41篇-JNIEnv与JavaVM的初始化
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我们将创建出来的JNIEnv实例保存在线程的_jni_environment变量中,这样当线程执行本地函数时,会从这个变量中取出JNIEnv并传递给本地函数,我们得到JNIEnv后就能调用其中的函数来获取JVM内部提供的服务了,例如想要根据类名来查找jclass,可以调用FindClass()函数。
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