为啥别读HotSpot VM的源码（2012-03-03）

Kris Mok, Software Engineer, Taobao@rednaxelafx莫枢 /“撒迦”

为啥别读HotSpot VM的源码第0次JVM源码阅读活动阿里巴巴集团-技术共享平台- 核心系统研发-专用计算组莫枢（撒迦） 2012-03-03

关于我…• 2009年毕业自南京大学软件学院• 同年10月加入淘宝• 目前在参与JVM相关研发• 编程语言的设计与实现爱好者• 希望与各位同好多交流！ – 博客： http://rednaxelafx.iteye.com/ – 新浪微博： http://weibo.com/rednaxelafx – 高级语言虚拟机群组： http://hllvm.group.iteye.com/ – JVM源码阅读活动微群： http://q.weibo.com/1823766

分享目标（I）• 让VM相关基础知识尚浅的人找到阅读 HotSpot VM源码之外的学习JVM的路径• 让并不真的对VM内部实现细节感兴趣的人不必在源码上耗费精力

分享目标（II）• 为后续活动做准备 – 确定活动周期、形式、目标受众 – 吸引同好报名分享阅读VM源码的经验

突击提问• 已读过或正在读OpenJDK的源码？• 已读过或正在读其它VM的源码？• 有兴趣自己动手实现VM？• 有编译器/解释器的实现经验？

突击提问（II）• PermGen – a. 不知道是什么？ – b. 在“堆内”？ – c. 在“堆外”？ – d. 不关心？

为啥要读HotSpot VM的源码？• 生产环境使用Oracle/Sun JDK或OpenJDK – 读源码有助解决问题（真能么？）• 三大主流高性能JVM中唯一开源的 – 另外两个的源码也读不到• 想修炼内功 – “现实”驱动还是真感兴趣？• 找点乐子• 其它

读HotSpot VM源码想了解什么？• JVM crash了！为什么？怎么办？• JVM报OutOfMemoryError了 …• 想学习如何操纵字节码• “这段代码创建了多少个对象”？• “JVM会让String共享char[]”？• 其它

理想与现实（I）例子：JVM的架构与知识点

概念中JVM的结构类加载器Class文件子系统内存空间自动内存本地管理方法区 Java堆 Java栈方法栈地址数据和指令指令计数器本地方法以及其它执行引擎接口本地方法库隐含寄存器

某个JVM实现的架构

HotSpot Server Compiler的优化

理想与现实（II）例子：iadd字节码指令的实现

例：概念 3) add value1 + value2 1) pop 4) pushvalue2 2) pop value1 +value1 value2 JVM规范所规定的抽象行为

例：理想——简单直观case SVM_INSTRUCTION_IADD: { /* instruction body */ jint value1 = stack[stack_size - 2].jint; ② jint value2 = stack[--stack_size].jint;① stack[stack_size - 1].jint = value1 + value2; ④ ③ /* dispatch */ goto dispatch;} 取自SableVM的switch版解释器 (sablevm/src/libsablevm/instructions_switch.c)

例：现实——简单但不那么直观 ① ② ④ ③ 取自早期版本Maxine VM的模板JIT编译器

例：现实——有点绕弯void TemplateTable::iop2(Operation op) { transition(itos, itos); switch (op) { case add : __ pop_i(rdx); __ addl (rax, rdx);break; case sub : __ movl(rdx, rax); __ pop_i(rax); __ subl (rax, rdx);break; case mul : __ pop_i(rdx); __ imull(rax, rdx);break; case _and : __ pop_i(rdx); __ andl (rax, rdx);break; case _or : __ pop_i(rdx); __ orl (rax, rdx);break; case _xor : __ pop_i(rdx); __ xorl (rax, rdx);break; 取自HotSpot VM的模板解释器，AMD64版 case shl : __ movl(rcx, rax); __ pop_i(rax); __ shll (rax);break; case shr : __ movl(rcx, rax); __ pop_i(rax); __ sarl (rax);break; case ushr : __ movl(rcx, rax); __ pop_i(rax); __ shrl (rax);

例：现实——很多细节void LIR_Assembler::arith_op(LIR_Code code, LIR_Opr left, LIR_Opr right, LIR_Opr dest, CodeEmitInfo* info, bool pop_fpu_stack) { if (left->is_single_cpu()) { Register lreg = left->as_register(); if (right->is_single_cpu()) { // cpu register - cpu register Register rreg = right->as_register(); switch (code) { case lir_add: __ addl (lreg, rreg); break; // ... 取自HotSpot VM的 Client编译器，AMD64版 } } else if (right->is_stack()) { // cpu register - stack Address raddr = frame_map()-> address_for_slot(right->single_stack_ix()); switch (code) { case lir_add: __ addl(lreg, raddr); break; // ... } } else if (right->is_constant()) { // cpu register - constant jint c = right->as_constant_ptr()->as_jint(); switch (code) { case lir_add: __ incrementl(lreg, c); break; // ... }

learn JVM without reading HotSpot VM’s source code不读HOTSPOT VM的源码

为何不要读HotSpot VM的源码？• 基础概念不扎实时 – 硬读复杂实现的源码对理解基础概念帮助不大 – 繁琐的实现细节反而会掩盖掉一些抽像概念• 已有现成的阅读资料时 – 读资料比读源码更容易吸收自己需要的信息 • 因人而异• 可参加“源码阅读活动” – 让别人读源码，等分享…？

不明就里读源码的坏处？• 加深误解 – 案例1：HotSpot VM的解释器是这样实现的！ • 主流平台上的HotSpot VM使用“模板解释器”，而非这里说的“C++解释器” – 案例2：HotSpot VM用内部地址实现Java对象的 hashCode()！ • oopDesc才是HotSpot VM中表示Java对象的类型； ciObject不是• 浪费时间/精力 – 读了但全然无法理解，还不如先不读 – 有些细节知道了也没用（视目的而异）

如何不读HotSpot VM的源码• 仅为了理解Java程序的行为？ – 是否已了解Java语言层面的规定？ • 否 => 先读Java语言规范 – 是否已了解JVM的抽像概念？ • 否 => 先读JVM规范 – 已确定想关注的行为是特定于某个实现？ • 否 => 回到前面两点 – 是否有关于该实现的行为的文字描述？ • 是 => 先读文字描述 • 否 => 那…真的要读源码么？

如何不读HotSpot VM的源码（续）• 仍然想深入学习VM的内部知识？ – 阅读相关背景知识的书、论文、博客等 • 能够（在读源码前）事先了解许多术语 • 知道术语便于找到更多资料 – 阅读更简单一些的VM实现的源码 • 循序渐进 – 自己动手写简单的编译器/VM • 实践是检验真理的唯一标准 – 最后… • 如果真的很有空才去读HotSpot VM的源码

如何不读HotSpot VM的源码（续）• 工作就是鼓捣HotSpot VM的内部？ – 那真的得读代码，而且还得非常仔细地读 – 但动态调试比静态阅读代码更有助形象地理解 – 入手顺序 • 文档 • 读代码 • 做实验+调试

alternative JVMs其它JVM

KVM• 项目主页： – http://java.sun.com/products/cldc/• 介绍： – http://java.sun.com/products/cldc/wp/ 简单小巧的JVM

KVM （续）• 好处 – 包含JVM的最核心组件 – 实现方式与JVM规范所描述的抽象的JVM相近• 坏处 – 是Java ME CLDC VM，而不是Java SE VM – 未实现反射、浮点数计算等功能

Maxine VM• 项目主页： – http://labs.oracle.com/projects/maxine/• 介绍： – https://wikis.oracle.com/download/attachment s/4161575/The+Maxine+Virtual+Machine.pdf 纯Java实现的JVM

Maxine VM（续）• 可在IDE里开发和调试• 二进制兼容性 – 可使用Oracle JDK/OpenJDK的类库，兼容主流Java应用

Maxine VM（续）• 与HotSpot VM的部分对应关系 – 对HotSpot Client Compiler（C1）感兴趣的，可以读Maxine VM里的C1X来帮助理解 • 可通过C1Visualizer以图形界面更好的理解该编译器的设计 – 对HotSpot Server Compiler（C2）里的中间表现形式（Sea-of-nodes IR）感兴趣的，可以读 Maxine VM里的Graal来帮助理解 • 可通过IdealGraphVisualizer以图形界面理解该编译器的设计

演示：Maxine Inspector

演示：C1Visualizer

演示：IdealGraphVisualizer

VMKit / J3• 项目主页： – http://vmkit.llvm.org/• LLVM + MMTk + GNU Classpath 现成组件搭积木实现的JVM

其它项目• 其它值得阅读源码的 • 其它值得阅读源码的 JVM 非JVM项目 – Jikes RVM / MRP – ASM – JamVM – cacaovm • 其它值得实验的项目 – SableVM – BiteScript

为啥别读HotSpot VM的源码（2012-03-03）

by Kris Mok on Mar 02, 2012

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