[开源JVM] yvm - 自制Java虚拟机
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YVM是用C++写的一个Java虚拟机,现在支持Java大部分功能,以及一个基于标记清除算法的并发垃圾回收器. 不过还有很多bug等待修复。
感兴趣的朋友pull request/fork/star吧。
Github repo
https://github.com/racaljk/yvm
已支持语言特性
高级特性逐步支持中,可以开Issue提议或者直接PR
- Java基本算术运算,流程控制语句,面向对象。
- RTTI
- 字符串拼接(+,+=符号重载)
- 异常处理(可输出stacktrace)
- 创建异步线程
- Synchronized(支持对象锁)
- 垃圾回收(标记清除算法)
构建和运行
- 先决条件
- Boost(>=1.65) 请在
CMakeLists.txt
中手动配置Boost库位置 - CMake(>=3.5)
- C++14
- gcc/msvc/mingw均可
- Boost(>=1.65) 请在
- 老生常谈
$ cd yvm
$ cmake .
$ make -j4
$ make test
$ ./yvm --help
Usage:--help List help documentations and usages.--runtime arg Attach java runtime libraries where yvm would lookup classes at--run arg Program which would be executed soon
You must specify the "runtime" flag to tell yvm where it could find jdk classes, and also program name is required.
$ ./yvm --runtime=C:\Users\Cthulhu\Desktop\yvm\bytecode ydk.test.QuickSort
运行效果
- helloworld
- 快速排序
- and more see its github repository readme.md...
开发文档
1. 从字节码到对象
MethodArea
负责管理字节码到JavaClass的完整生命周期。MethodArea
的方法是自解释的:
class MethodArea {
public:// 方法区需要从运行时目录中搜索相关的*.class文件MethodArea(const vector<string>& libPaths);~MethodArea();// 查看一个类是否存在JavaClass* findJavaClass(const string& jcName);//加载jcName类bool loadJavaClass(const string& jcName);//移除jcName(该方法用于垃圾回收器)bool removeJavaClass(const string& jcName);//链接jcName类,初始化static字段void linkJavaClass(const string& jcName);//初始化jcName,初始化静态字段,调用static{}void initJavaClass(CodeExecution& exec, const string& jcName);public://辅助方法,如果不存在jcName则加载 JavaClass* loadClassIfAbsent(const string& jcName);//如果未链接jcName则链接void linkClassIfAbsent(const string& jcName);//如果未初始化jcName则初始化void initClassIfAbsent(CodeExecution& exec, const string& jcName);
}
假设磁盘存在一个Test.class
文件,它会经历如下过程:
Test.class[磁盘中]
-> loadJavaClass("Test.class")[内存中]
-> linkJavaClass("Test.class")
->initJavaClass("Test.class")
现在虚拟机就可以使用这个JavaClass创建对应的对象了:
// yrt 是全局运行时对象,ma表示方法区模块,jheap表示堆模块
JavaClass* testClass = yrt.ma->findJavaClass("Test.class");
JObject* testInstance = yrt.jheap->createObject(*testClass);
2.1 对象内部构造
虚拟机执行时栈上存放的都是JObject,它的结构如下:
struct JObject {std::size_t offset = 0; const JavaClass* jc{};
};
offset
唯一代表一个对象,所有在堆上面的操作都需要这个offset。jc
指向对象的Class表示。
堆中的对象是按照<offset,fields>方式进行存放的:
[1] -> [field_a, field_b, field_c]
[2] -> []
[3] -> [field_a,field_b]
[4] -> [field_a]
[..] -> [...]
只要我们持有offset,就可以查找/添加/删除对应的field
数组几乎和上面类似,只是多了长度,少了Class指针
struct JArray {int length = 0;std::size_t offset = 0;
};
[1] -> <3, [field_a, field_b, field_c]>
[2] -> <0, []>
[3] -> <2, [field_a,field_b]>
[4] -> <1, [field_a]>
[..] -> <..,[...]>
2.2 从对象创建到消亡
上面提到,对象持有一个offset和jc,其中jc表示的JavaClass是由MethodArea
负责管理的,offset则是由JavaHeap
负责管理。JavaHeap
提供了大量API,这里选取的是最重要的:
class JavaHeap {
public://创建对象和数组JObject* createObject(const JavaClass& javaClass);JArray* createObjectArray(const JavaClass& jc, int length);//获取对象字段auto getFieldByName(const JavaClass* jc, const string& name,const string& descriptor, JObject* object);//设置对象字段void putFieldByName(const JavaClass* jc, const string& name,const string& descriptor, JObject* object,JType* value);//设置数组元素void putElement(const JArray& array, size_t index, JType* value);//获取数组元素auto getElement(const JArray& array, size_t index);//移除对象和数组void removeArray(size_t offset;void removeObject(size_t offset);
};
还是Test.class
那个例子,假设对应的Test.java
构造如下:
public class Test{public int k;private String hello;
}
在第一步我们已经获取到了Test类在虚拟机中的类表示以及对象表示,现在就可以对类的字段进行操作了:
const JavaClass* testClass = yrt.ma->findJavaClass("Test.class");
JObject* testInstance = yrt.jheap->createObject(*testClass);
//获取hello字段
JObject* helloField = yrt.jheap->getFieldByName(testClass,"hello","Ljava/lang/String;",testInstance);
//设置k字段
yrt.jheap->putFieldByName(testClass,"k","I",testInstance);
Ⅰ. 关于JDK
部分JDK类是JVM运行攸关的,但由于JDK比较复杂不便于初期开发,所以这里用重写过的JDK代替,源码参见javaclass目录,可以使用compilejava.bat
进行编译,编译后*.class
文件位于bytecode.
目前重写过的JDK类有:
java.lang.String
java.lang.StringBuilder
java.lang.Throwable
java.lang.Math(::random())
java.lang.Runnable
java.lang.Thread
Wiki和源码中有很多详细的开发文档,如果想探索关于YVM
的更多内容,请移步浏览.
License
所有代码基于MIT协议
转载于:https://www.cnblogs.com/ysherlock/p/8688454.html
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