第41篇-JNIEnv与JavaVM的初始化

JavaVM和JNIEnv的初始化和JVM各模块的初始化都是在JNI_CreateJavaVM()函数中完成。这一篇将详细介绍JavaVM和JNIEnv的初始化过程。

1、初始化JavaVM

JavaVM的初始化都是在JNI_CreateJavaVM()函数中完成，调用链如下：

JavaMain()            java.c
InitializeJVM()       java.c
JNI_CreateJavaVM()    jni.cpp

在JavaMain()函数中调用InitializeJVM()函数，InitializeJVM()函数会初始化JVM，给JavaVM和JNIEnv变量赋值，通过InvocationFunctions结构体下的CreateJavaVM函数指针来调用对应的函数。在执行LoadJavaVM()函数时，CreateJavaVM函数指针被指向为libjvm.so（在Linux系统上的动态链接库为libjvm.so）动态链接库中JNI_CreateJavaVM()函数。JNI_CreateJavaVM()函数的实现如下：

源代码位置：openjdk/hotspot/src/share/vm/jni.cpp

_JNI_IMPORT_OR_EXPORT_ jint JNICALL JNI_CreateJavaVM(JavaVM **vm, void **penv, void *args) {
 
  // ...
 jint result = JNI_ERR;

  
  bool can_try_again = true;
  //完成JVM的初始化，如果初始化过程中出现不可恢复的异常则can_try_again会被置为false
  result = Threads::create_vm((JavaVMInitArgs*) args, &can_try_again);

  //初始化正常
  if (result == JNI_OK) {
    //获取当前线程，即执行create_vm()函数的线程，也是JNI_CreateJavaVM()函数执行完毕后执行main()方法的线程
    JavaThread *thread = JavaThread::current();

    // JavaVM赋值，main_vm是jni.h中定义的全局变量，最终会指向全局变量jni_InvokeInterface 
    *vm = (JavaVM *)(&main_vm); // vm是方法的参数，是个双重指针

    //JNIEnv赋值，从这里也可以看出，JNIEnv其实是线程私有变量
    *(JNIEnv**)penv = thread->jni_environment();
 
    // ...
  }
  // ...
  return result;
}

调用Threads::create_vm()函数会初始化一系列的JVM模块，如果函数顺利执行完，则函数会返回JNI_OK，表示正确创建出了JVM实例，我们可以给vm赋值，这样JNI的本地函数就可以通过vm来管理这个创建出来的JVM实例了。

使用main_vm来初始化JavaVM类型的变量，main_vm变量的定义如下：

源代码来源：openjdk/hotspot/src/share/vm/jni.cpp

struct JavaVM_ main_vm = {  &jni_InvokeInterface };

JavaVM是JavaVM_的别名，所以我们后面提到的JavaVM指的就是JavaVM​_。同理，JNIEnv是JNIE​nv_的别名。​

jni_InvokeInterface的定义如下：

const struct JNIInvokeInterface_   jni_InvokeInterface = {
    NULL,
    NULL,
    NULL,

    jni_DestroyJavaVM,
    jni_AttachCurrentThread,
    jni_DetachCurrentThread,
    jni_GetEnv,
    jni_AttachCurrentThreadAsDaemon
};

结构体中保存了一系列函数指针，我们前面说的JNI的本地函数通过JavaVM来管理JVM实例，其实就是通过函数指针来调用对应的函数管理JVM实例。

通过 JavaVM，我们还可以获得 JVMTI 的指针，并获得 JVMTI 函数的使用能力，所有的 JVMTI 函数都通过jvmtiEnv获取，不同的虚拟机实现提供的函数细节可能不一样，但是使用的方式是统一的，关于JVMTI及相关知识这里不介绍，有兴趣的可自行研究。　

2、初始化JNIEnv

JavaMain()                 java.c
InitializeJVM()            java.c
JNI_CreateJavaVM()         jni.cpp
Threads::create_vm()       thread.cpp
JavaThread::JavaThread()   thread.cpp
JavaThread::initialize()   thread.cpp
jni_functions()            jni.cpp

其中调用的Threads:create_vm()函数中会创建JavaThread实例，如下：

JavaThread* main_thread = new JavaThread()

根据调用链可知，在JavaThread构造函数中会调用JavaThread::initialize()函数，最终会调用jni_functions()函数。jni_functions()函数会返回thread.cpp文件中定义的一个全局变量，如下：

struct JNINativeInterface_* jni_functions() {
  return &jni_NativeInterface;
}

jni_NativeInterface这个全局变量的定义如下：

struct JNINativeInterface_  jni_NativeInterface = {
    NULL,f
    NULL,
    NULL,
    NULL,
   
    jni_GetVersion,
    jni_DefineClass,
    jni_FindClass,

    ...
};

如上的结构体中保存了各个JNI函数的指针。

调用jni_functions()函数后还会调用如下函数：

void set_jni_functions(struct JNINativeInterface_* functionTable) {
    _jni_environment.functions = functionTable;
}

其中_jni_environment变量的定义如下：

源代码位置：openjdk/hotspot/src/share/vm/rumtime/thread.hpp

// 定义在JavaThread中的变量，所以JNIEnv是线程私有的
JNIEnv  _jni_environment;

JNIEnv这个结构体定义在之前说过，在这个结构体中首先定义的就是一个指向JNINativeInterface_的指针functions，如下：

struct JNIEnv_ {
    const struct JNINativeInterface_ *functions;
    ...
}

_jni_environment就是main_thread保留的JNIEnv_实例了，正确设置functions属性就表示该实例初始化完成。

为了让大家一目了然，我简单画了一个示意图。

我们将创建出来的JNIEnv实例保存在线程的_jni_environment变量中，这样当线程执行本地函数时，会从这个变量中取出JNIEnv并传递给本地函数，我们得到JNIEnv后就能调用其中的函数来获取JVM内部提供的服务了，例如想要根据类名来查找jclass，可以调用FindClass()函数。

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