KVM的类加载

　2007-12-23 12:22:13　来源：WEB开发网　　　

核心提示：首先简要介绍一下class文件的结构（详细内容请参考java虚拟机规范，在《深入Java虚拟机》一书中也有详细描述）：长度(字节)名称解释4magic0xCAFEBABE，KVM的类加载，Java文件的标识，常称为“魔数”2minor_version次版本号2major_version主版本号2constant_poo

首先简要介绍一下class文件的结构（详细内容请参考java虚拟机规范，在《深入Java虚拟机》一书中也有详细描述）：

长度(字节)

名称

解释

4

magic

0xCAFEBABE，Java文件的标识，常称为“魔数”

2

minor_version

次版本号

2

major_version

主版本号

2

constant_pool_count

常量池中项目个数

(constant_pool_count-1)*cp_item

constant_pool

常量池，其中存放了(constant_pool_count-1)个常量池项

2

access_flags

本class的类型信息

2

this_class

本class的全限定名的常量池项索引

2

super_class

超类的全限定名的常量池项索引

2

interfaces_count

实现/扩展的接口数

2*interfaces_count

interfaces

实现/扩展的接口名的常量池项索引

2

fields_count

字段数

fields_count* cp_item

fields

字段信息表

2

methods_count

方法数

methods_count* cp_item

methods

方法信息表

2

attributes_count

属性数

attributes_count* cp_item

attributes

属性信息表

文件系统中的一个class文件，要想成为能在虚拟上运行的Java程序的一部分，必须经过“装载->连接->初始化”三个步骤。其中装载是最基础的一步，它的作用是读取class文件的信息，并生成对象。下面介绍一下KVM中与类加载相关的内容是如何实现的。

数据结构：

在头文件kvm/vmcommon/h/class.h中定义有两个非常重要的结构体：

Word-BREAK: break-all; PADDING-TOP: 4px; BORDER-BOTTOM: windowtext 0.5pt solid"> /* CLASS */
strUCt classStruct {
　　COMMON_OBJECT_INFO(INSTANCE_CLASS)
　　UString packageName;　　　　　　/* Everything before the final '/' */
　　UString baseName;　　　　　　　 /* Everything after the final '/' */
　　CLASS　 next;　　　　　　　　　 /* Next item in this hash table bucket */
　　unsigned short accessFlags;　　 /* Access information */
　　unsigned short key;　　　　　　 /* Class key */
};
typedef struct classStruct*　　　　 CLASS;

/* INSTANCE_CLASS */
struct instanceClassStruct {
　　struct classStruct clazz;　　　 /* common info */
　　/* And specific to instance classes */
　　INSTANCE_CLASS superClass;　　　/* Superclass, unless java.lang.Object */
　　CONSTANTPOOL constPool;　　　　 /* Pointer to constant pool */
　　FIELDTABLE　fieldTable;　　　　 /* Pointer to instance variable table */
　　METHODTABLE methodTable;　　　　/* Pointer to virtual method table */
　　unsigned short* ifaceTable;　　 /* Pointer to interface table */
　　POINTERLIST staticFields;　　　 /* Holds static fields of the class */
　　short　 instSize;　　　　　　　 /* The size of class instances */
　　short status;　　　　　　　　　 /* Class readiness status */
　　THREAD initThread;　　　　　　　/* Thread performing class initialization */
　　NativeFuncPtr finalizer;　　　　/* Pointer to finalizer */
};
typedef struct instanceClassStruct* INSTANCE_CLASS;

classStruct与instanceClassStruct这两个结构体都是与class（可能包括类和接口）有关的，但不所不同。classStruct所提供是一些“外围信息”，包括全限定名和可见性等，是一个class区分其它class的基本信息；instanceClassStruct所提供的是一些“内容信息”，是一个类本身所定义的内容，比如方法表、字段表等等。

程序实现：

下面来看一看在KVM中instanceClassStruct的信息是如何读取的。

一个kvm虚拟机在运行时，class来自于两种来源：一是系统类库，这些类来自KVM本身；二是用户程序，来自文件系统。下面分别介绍：

1、前文提到过，对于系统类库，KVM会先把class文件转化为C语言源代码，然后编入kvm可执行程序中，这样当使用系统类库时，kvm就不再访问外部，这一步骤叫可暂称为ROM，ROM过程中所做的事情之一就是生成所有系统类库中class的INSTANCE_CLASS，也就是说，这些类的信息早在ROM的过程中就已准备好，使用时只要读入即可。

ROM生成的INSTANCE_CLASS信息存放在源文件tools/jcc/ROMjavaUnix.c的static struct AllClassblocks_Struct AllClassblocks结构中，使用这一结构的代码也在同一文件中，比如：

INSTANCE_CLASS JavaLangString =
　　 (INSTANCE_CLASS)&AllClassblocks.java_lang_String;

这里就生成了String类对应的INSTANCE_CLASS结构。

2、对于用户定义的类，INSTANCE_CLASS信息就要从文件系统中获得。

获得类信息的主要入口函数是

void loadClassfile(INSTANCE_CLASS InitiatingClass, bool_t fatalErrorIfFail);

在文件kvm/vmcommon/src/loader.c中。其中参数InitiatingClass就是一个空的INSTANCE_CLASS结构体，在loadClassfile函数中，InitiatingClass的内容将被逐步填充。

在loadClassfile中，将调用另一个重要的函数：

static void loadRawClass(INSTANCE_CLASS CurrentClass, bool_t fatalErrorIfFail);

在这个函数中，将调用下列各方法分别载入class文件中的各种信息：

函数名（参数及返回值省略）

功能

loadVersionInfo()

载入版本号

loadConstantPool()

载入常量池

loadClassInfo()

载入类型信息

loadInterfaces()

载入所实现的接口

loadFields()

载入字段表

loadMethods()

载入方法表

ignoreAttributes()

载入扩展的属性表

上表中的每一个函数都会带有一个FILEPOINTER_HANDLE型的参数，它是一个文件的句柄，这些函数就是从这个文件中顺序读取各种信息并存入INSTANCE_CLASS结构中的。

首先简要介绍一下class文件的结构（详细内容请参考Java虚拟机规范，在《深入Java虚拟机》一书中也有详细描述）：

长度(字节)

名称

解释

4

magic

0xCAFEBABE，Java文件的标识，常称为“魔数”

2

minor_version

次版本号

2

major_version

主版本号

2

constant_pool_count

常量池中项目个数

(constant_pool_count-1)*cp_item

constant_pool

常量池，其中存放了(constant_pool_count-1)个常量池项

2

access_flags

本class的类型信息

2

this_class

本class的全限定名的常量池项索引

2

super_class

超类的全限定名的常量池项索引

2

interfaces_count

实现/扩展的接口数

2*interfaces_count

interfaces

实现/扩展的接口名的常量池项索引

2

fields_count

字段数

fields_count* cp_item

fields

字段信息表

2

methods_count

方法数

methods_count* cp_item

methods

方法信息表

2

attributes_count

属性数

attributes_count* cp_item

attributes

属性信息表

文件系统中的一个class文件，要想成为能在虚拟上运行的Java程序的一部分，必须经过“装载->连接->初始化”三个步骤。其中装载是最基础的一步，它的作用是读取class文件的信息，并生成对象。下面介绍一下KVM中与类加载相关的内容是如何实现的。

数据结构：

在头文件kvm/vmcommon/h/class.h中定义有两个非常重要的结构体：

/* CLASS */
struct classStruct {
　　COMMON_OBJECT_INFO(INSTANCE_CLASS)
　　UString packageName;　　　　　　/* Everything before the final '/' */
　　UString baseName;　　　　　　　 /* Everything after the final '/' */
　　CLASS　 next;　　　　　　　　　 /* Next item in this hash table bucket */
　　unsigned short accessFlags;　　 /* Access information */
　　unsigned short key;　　　　　　 /* Class key */
};
typedef struct classStruct*　　　　 CLASS;

/* INSTANCE_CLASS */
struct instanceClassStruct {
　　struct classStruct clazz;　　　 /* common info */
　　/* And specific to instance classes */
　　INSTANCE_CLASS superClass;　　　/* Superclass, unless java.lang.Object */
　　CONSTANTPOOL constPool;　　　　 /* Pointer to constant pool */
　　FIELDTABLE　fieldTable;　　　　 /* Pointer to instance variable table */
　　METHODTABLE methodTable;　　　　/* Pointer to virtual method table */
　　unsigned short* ifaceTable;　　 /* Pointer to interface table */
　　POINTERLIST staticFields;　　　 /* Holds static fields of the class */
　　short　 instSize;　　　　　　　 /* The size of class instances */
　　short status;　　　　　　　　　 /* Class readiness status */
　　THREAD initThread;　　　　　　　/* Thread performing class initialization */
　　NativeFuncPtr finalizer;　　　　/* Pointer to finalizer */
};
typedef struct instanceClassStruct* INSTANCE_CLASS;

classStruct与instanceClassStruct这两个结构体都是与class（可能包括类和接口）有关的，但不所不同。classStruct所提供是一些“外围信息”，包括全限定名和可见性等，是一个class区分其它class的基本信息；instanceClassStruct所提供的是一些“内容信息”，是一个类本身所定义的内容，比如方法表、字段表等等。

程序实现：

下面来看一看在KVM中instanceClassStruct的信息是如何读取的。

一个kvm虚拟机在运行时，class来自于两种来源：一是系统类库，这些类来自KVM本身；二是用户程序，来自文件系统。下面分别介绍：

1、前文提到过，对于系统类库，KVM会先把class文件转化为C语言源代码，然后编入kvm可执行程序中，这样当使用系统类库时，kvm就不再访问外部，这一步骤叫可暂称为ROM，ROM过程中所做的事情之一就是生成所有系统类库中class的INSTANCE_CLASS，也就是说，这些类的信息早在ROM的过程中就已准备好，使用时只要读入即可。

ROM生成的INSTANCE_CLASS信息存放在源文件tools/jcc/ROMjavaUnix.c的static struct AllClassblocks_Struct AllClassblocks结构中，使用这一结构的代码也在同一文件中，比如：

INSTANCE_CLASS JavaLangString =
　　 (INSTANCE_CLASS)&AllClassblocks.java_lang_String;

这里就生成了String类对应的INSTANCE_CLASS结构。

2、对于用户定义的类，INSTANCE_CLASS信息就要从文件系统中获得。

获得类信息的主要入口函数是

void loadClassfile(INSTANCE_CLASS InitiatingClass, bool_t fatalErrorIfFail);

在文件kvm/vmcommon/src/loader.c中。其中参数InitiatingClass就是一个空的INSTANCE_CLASS结构体，在loadClassfile函数中，InitiatingClass的内容将被逐步填充。

在loadClassfile中，将调用另一个重要的函数：

static void loadRawClass(INSTANCE_CLASS CurrentClass, bool_t fatalErrorIfFail);

在这个函数中，将调用下列各方法分别载入class文件中的各种信息：

函数名（参数及返回值省略）

功能