Hotspot源码解析-第25章-类的初始化

第25章-类的初始化

这一章主要是讲类的初始化操作，后续类加载章节中也会用到这一章的知识，只不过，这里就讲，是因为虚拟在初始化过程中，需要对基础类，比如System/Thread等类进行初始化操作，所以就提前把这块内容先讲掉。

调用链

thread.cpp->create_vm()

// 这里只摘取了部分代码
initialize_class(vmSymbols::java_lang_String(), CHECK_0);

// Initialize java_lang.System (needed before creating the thread)
initialize_class(vmSymbols::java_lang_System(), CHECK_0);
initialize_class(vmSymbols::java_lang_ThreadGroup(), CHECK_0);

thread.cpp->initialize_class(Symbol* class_name, TRAPS)

static void initialize_class(Symbol* class_name, TRAPS) {
  Klass* klass = SystemDictionary::resolve_or_fail(class_name, true, CHECK);
  InstanceKlass::cast(klass)->initialize(CHECK);
}

instanceKlass.cpp->InstanceKlass::initialize

void InstanceKlass::initialize(TRAPS) {
  if (this->should_be_initialized()) {
    HandleMark hm(THREAD);
    instanceKlassHandle this_oop(THREAD, this);
    initialize_impl(this_oop, CHECK); // 真正的初始化操作在这里，看`章节25.1`
    // Note: at this point the class may be initialized
    //       OR it may be in the state of being initialized
    //       in case of recursive initialization!
  } else {
    assert(is_initialized(), "sanity check");
  }
}

25.1 类的初始化

25.1.1 instanceKlass.cpp

25.1.1.1 initialize_impl

函数中总共分成11个步骤来完成，这11个步骤在Java虚拟机规范文档中有描述，下面我们看看初始化时到底做了啥

void InstanceKlass::initialize_impl(instanceKlassHandle this_oop, TRAPS) {
  // Make sure klass is linked (verified) before initialization
  // A class could already be verified, since it has been reflected upon.
  this_oop->link_class(CHECK);

  DTRACE_CLASSINIT_PROBE(required, InstanceKlass::cast(this_oop()), -1);

  bool wait = false;

  // refer to the JVM book page 47 for description of steps
  // Step 1
  {
      // 步骤1，初始化之前通过 ObjectLocker 对初始化操作加锁，防止多线程同步问题
    oop init_lock = this_oop->init_lock();
    ObjectLocker ol(init_lock, THREAD, init_lock != NULL);

    Thread *self = THREAD; // it's passed the current thread

    // Step 2
    // 步骤2，正在初始化的线程不是当前线程，那么释放获取到的锁，同时当前线程进入阻塞状态，等待其他线程完成初始化操作
    while(this_oop->is_being_initialized() && !this_oop->is_reentrant_initialization(self)) {
        wait = true;
      ol.waitUninterruptibly(CHECK);
    }

    // Step 3
    // 步骤3，正在初始化的线程就是当前线程，那就表明这是对初始化的递归请求，释放锁
    if (this_oop->is_being_initialized() && this_oop->is_reentrant_initialization(self)) {
      DTRACE_CLASSINIT_PROBE_WAIT(recursive, InstanceKlass::cast(this_oop()), -1,wait);
      return;
    }

    // Step 4
    // 步骤4，已经初始化完成，那就不做什么，直接释放锁并返回
    if (this_oop->is_initialized()) {
      DTRACE_CLASSINIT_PROBE_WAIT(concurrent, InstanceKlass::cast(this_oop()), -1,wait);
      return;
    }

    // Step 5
    // 步骤5，初始化过程出现错误，那就直接抛出异常 java_lang_NoClassDefFoundError
    if (this_oop->is_in_error_state()) {
      DTRACE_CLASSINIT_PROBE_WAIT(erroneous, InstanceKlass::cast(this_oop()), -1,wait);
      ResourceMark rm(THREAD);
      const char* desc = "Could not initialize class ";
      const char* className = this_oop->external_name();
      size_t msglen = strlen(desc) + strlen(className) + 1;
      char* message = NEW_RESOURCE_ARRAY(char, msglen);
      if (NULL == message) {
        // Out of memory: can't create detailed error message
        THROW_MSG(vmSymbols::java_lang_NoClassDefFoundError(), className);
      } else {
        jio_snprintf(message, msglen, "%s%s", desc, className);
        THROW_MSG(vmSymbols::java_lang_NoClassDefFoundError(), message);
      }
    }

    // Step 6
    // 步骤6，设置初始化状态为being_initialized，设置初始化的线程为当前线程
    this_oop->set_init_state(being_initialized);
    this_oop->set_init_thread(self);
  }

  // Step 7
  // 步骤7，如果当前初始化的类是类而不是接口，并且该类的父类还没有初始化，那就在父类上递归进行完整的初始化过程。如果父类初始化过程抛出异常，那么该类的初始化也要标为初始化错误状态，并通知所有正在等待的线程，然后抛出父类初始化抛出的异常。
  if (!this_oop->is_interface()) {
    Klass* super_klass = this_oop->super();
    if (super_klass != NULL && super_klass->should_be_initialized()) {
      super_klass->initialize(THREAD);  // 父类初始化过程
    }

    if (!HAS_PENDING_EXCEPTION && this_oop->has_default_methods()) {
      this_oop->initialize_super_interfaces(this_oop, THREAD);
    }

    // If any exceptions, complete abruptly, throwing the same exception as above.
    if (HAS_PENDING_EXCEPTION) {
      Handle e(THREAD, PENDING_EXCEPTION);
      CLEAR_PENDING_EXCEPTION;
      {
        EXCEPTION_MARK;
        // Locks object, set state, and notify all waiting threads
        this_oop->set_initialization_state_and_notify(initialization_error, THREAD);
        CLEAR_PENDING_EXCEPTION;
      }
      DTRACE_CLASSINIT_PROBE_WAIT(super__failed, InstanceKlass::cast(this_oop()), -1,wait);
      THROW_OOP(e());
    }
  }

  // Step 8
  // 步骤8，做一些检查工作及性能数据处理后，就真正调用初始化函数，进行实际初始化工作
  {
    assert(THREAD->is_Java_thread(), "non-JavaThread in initialize_impl");
    JavaThread* jt = (JavaThread*)THREAD;
    DTRACE_CLASSINIT_PROBE_WAIT(clinit, InstanceKlass::cast(this_oop()), -1,wait);
    // Timer includes any side effects of class initialization (resolution,
    // etc), but not recursive entry into call_class_initializer().
    PerfClassTraceTime timer(ClassLoader::perf_class_init_time(),
                             ClassLoader::perf_class_init_selftime(),
                             ClassLoader::perf_classes_inited(),
                             jt->get_thread_stat()->perf_recursion_counts_addr(),
                             jt->get_thread_stat()->perf_timers_addr(),
                             PerfClassTraceTime::CLASS_CLINIT);
    this_oop->call_class_initializer(THREAD);  // 调用类和接口的初始化函数，看`章节25.1.1.2`
  }

  // Step 9
  // 步骤9，初始化过程没有任务异常，说明已经完成初始化，设置类的状态为full_initialized并通知其他线程初始化已完成
  if (!HAS_PENDING_EXCEPTION) {
    this_oop->set_initialization_state_and_notify(fully_initialized, CHECK);
    { ResourceMark rm(THREAD);
      debug_only(this_oop->vtable()->verify(tty, true);)
    }
  }
  else {
    // Step 10 and 11
    // 步骤10、11，初始化过中发生异常，则通过 set_initialization_state_and_notify 函数设置类的状态 initialization_error ，同时通知其他线程，并抛出异常
    Handle e(THREAD, PENDING_EXCEPTION);
    CLEAR_PENDING_EXCEPTION;
    // JVMTI has already reported the pending exception
    // JVMTI internal flag reset is needed in order to report ExceptionInInitializerError
    JvmtiExport::clear_detected_exception((JavaThread*)THREAD);
    {
      EXCEPTION_MARK;
      this_oop->set_initialization_state_and_notify(initialization_error, THREAD);
      CLEAR_PENDING_EXCEPTION;   // ignore any exception thrown, class initialization error is thrown below
      // JVMTI has already reported the pending exception
      // JVMTI internal flag reset is needed in order to report ExceptionInInitializerError
      JvmtiExport::clear_detected_exception((JavaThread*)THREAD);
    }
    DTRACE_CLASSINIT_PROBE_WAIT(error, InstanceKlass::cast(this_oop()), -1,wait);
    if (e->is_a(SystemDictionary::Error_klass())) {
      THROW_OOP(e());
    } else {
      JavaCallArguments args(e);
      THROW_ARG(vmSymbols::java_lang_ExceptionInInitializerError(),
                vmSymbols::throwable_void_signature(),
                &args);
    }
  }
  DTRACE_CLASSINIT_PROBE_WAIT(end, InstanceKlass::cast(this_oop()), -1,wait);
  // 至此，类的初始化工作完成。
}
25.1.1.2 call_class_initializer
void InstanceKlass::call_class_initializer(TRAPS) {
  instanceKlassHandle ik (THREAD, this);
  call_class_initializer_impl(ik, THREAD);
}

// 从_methods数组中查询出 clinit 函数，并返回，_methods 数组内容来源于类加载和解析，这块内容会在类加载一章中讲，现在只要知道有这么一个数组存放该 klass/对象 的所有方法就行。这里也简单介绍下clinit，该方法是由编译器自动生成的，看`图25-1`
Method* InstanceKlass::class_initializer() {
  Method* clinit = find_method(
      vmSymbols::class_initializer_name(), vmSymbols::void_method_signature());
  if (clinit != NULL && clinit->has_valid_initializer_flags()) {
    return clinit;
  }
  return NULL;
}

void InstanceKlass::call_class_initializer_impl(instanceKlassHandle this_oop, TRAPS) {
  if (ReplayCompiles &&
      (ReplaySuppressInitializers == 1 ||
       ReplaySuppressInitializers >= 2 && this_oop->class_loader() != NULL)) {
    // Hide the existence of the initializer for the purpose of replaying the compile
    return;
  }
  // clinit 方法的句柄
  methodHandle h_method(THREAD, this_oop->class_initializer());
  assert(!this_oop->is_initialized(), "we cannot initialize twice");
  if (TraceClassInitialization) {
    tty->print("%d Initializing ", call_class_initializer_impl_counter++);
    this_oop->name()->print_value();
    tty->print_cr("%s (" INTPTR_FORMAT ")", h_method() == NULL ? "(no method)" : "", (address)this_oop());
  }
  if (h_method() != NULL) {
    JavaCallArguments args; // No arguments
    JavaValue result(T_VOID);
    // JavaCalls::call 表示调用java 方法，这里就是调用 clinit 方法
    JavaCalls::call(&result, h_method, &args, CHECK); // Static call (no args)
  }
}

图25-1 红色框框起来的就是编译器自动生成的方法
在这里插入图片描述

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