为啥别读HotSpot VM的源码（2012-03-03）
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第0次JVM源码阅读活动 分享目标 * 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 * 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
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为啥别读HotSpot VM的源码（2012-03-03）
- 1. Kris Mok, Software Engineer, Taobao @rednaxelafx 莫枢 /“撒迦”
- 2. 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
- 3. 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
- 4. 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
- 5. 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
- 6. 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？
- 7. 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？
- 8. 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
- 9. 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
- 11. 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
- 12. 某个JVM实现的架构
- 15. 例：概念 3) add value1 + value2 1) pop 4) push value2 2) pop value1 + value1 value2 JVM规范所规定的抽象行为
- 16. 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)
- 17. 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
- 18. 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);
- 19. 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; // ... }
- 20. learn JVM without reading HotSpot VM’s source code 不读HOTSPOT VM的源码
- 21. 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…？
- 22. 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）
- 23. 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？
- 24. 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
- 25. 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
- 27. 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
- 28. 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
- 29. 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
- 30. 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
- 31. 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
- 33. 演示：C1Visualizer
- 35. 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
- 36. 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
- 38. VM相关书堆…
- 39. 我读过的VM相关书 • 请参考豆瓣页面 http://book.douban.com/people/Rednaxela FX/all?tag=VM • 基础知识主要靠这些书获得，通过自己写 代码来理解 • 但比较深入的知识通常是从论文而不是书 中获得的 • Anyway，规范一定要读！
- 45. Inside the Java 2 Virtual Machine • http://book.douban.com/subject/1788390/
- 49. Shared Source CLI Essentials • http://book.douban.com/subject/1484763/
- 52. Oracle JRockit: The Definitive Guide • http://book.douban.com/subject/4873919/
- 54. The Garbage Collection Handbook • http://book.douban.com/subject/6809987/
- 55. The School of Niklaus Wirth • http://book.douban.com/subject/3152171/
- 56. QUESTIONS?
- 57. Kris Mok, Software Engineer, Taobao @rednaxelafx 莫枢 /“撒迦”