android虚拟机（二）

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android虚拟机（二）

ART虚拟机加载流程

summary up https://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/39533503

需要先了解：
ART中几个组件
java中的ClassLoader

  AndroidRuntime类会对mJavaVM和JNIEnv进行创建，利用JNI接口，就可以获取到mJavaVM的入口类，并通过这个入口进入虚拟机内部，开始运行。
  这个入口类是com.android.internal.os.ZygoteInit，通过JNI提供的FindClass和GetStaticMethodID函数就能获取到入口类的静态成员函数main，在由JNI提供的CallStaticVoidMethod就可以调用获取到的main函数，进入虚拟机内部。

JNI类的静态成员函数FindClass：

ClassLoader
Handle<mirror::ClassLoader>class_loader(hs.NewHandle(GetClassLoader(soa)));

need to get the instance of Runtime from the current Thread，then we can get the ClassLinker by Runtime->getClassLinker.

ClassLinker
1⃣️->FindClass
2⃣️->FindSystemClass

FindClass：

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else if (class_loader.Get() == nullptr) {
    // The boot class loader, search the boot class path.
    ClassPathEntry pair = FindInClassPath(descriptor, boot_class_path_);
   if (pair.second != nullptr) {
     return DefineClass(descriptor, NullHandle<mirror::ClassLoader>(), *pair.first, *pair.second);
   } else {
   ...
  1. 如果要找的类是基础类型，则直接调用FindPrimitiveClass查找基础类型；如果不是则在传入的ClassLoader的已加载类表中查找类(首先会判断ClassLaoder是否为null，如果为null,就在boot_class_table_中查找，否则就在ClassLoader自己的ClassTable中查找)，如果找到，确保类已经被解析并返回
  2. 如果在传入的ClassLoader的已加载类表中没有找到类,则首先判断ClassLoader是否为空，如果为空，在boot_class_path_（系统启动类路径）中查找，如果不为空，则调用FindClassInPathClassLoader在传入的ClassLoader以及它的各级parent中查找类
  3. 如果仍然没有找到，则调用传入的ClassLoader的loadClass在传入的ClassLoader中查找，找到返回，否则抛出异常

copy from here

DefineClass：

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mirror::Class* ClassLinker::DefineClass(const char* descriptor,
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                                       const DexFile& dex_file,
                                       const DexFile::ClassDef& dex_class_def){
                                       ...
  1. ClassLinker是否已经初始化完成（在初始化时会创建一些内部类）
  2. 未初始化完成时，loadClass内部类或为类allocclass分配空间再loadClass
  3. LoadClass从dex中加载类，并通过InsertClass添加到已加载类列表中（在其他线程同时在加载该类时，通过EnsureResolved确保同步）
  4. LinkClass来对加载后的类进行解析，类解析完后得到一个Class对象

LoadClass：

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void ClassLinker::LoadClass(const DexFile& dex_file,  
                            const DexFile::ClassDef& dex_class_def,  
                            SirtRef<mirror::Class>& klass,  
                            mirror::ClassLoader* class_loader) {
                            ...
参数 描述
dex_file 类型为DexFile，描述要加载的类所在的DEX文件
dex_class_def 类型为ClassDef，描述要加载的类在DEX文件里面的信息
klass 类型为Class，描述加载完成的类
class_loader 类型为ClassLoader，描述所使用的类加载器

  1. 将参数class_loader描述的ClassLoader设置到klass描述的Class对象中去，即给每一个已加载类关联一个类加载器。

  2. 通过DexFile类的成员函数GetIndexForClassDef获得正在加载的类在DEX文件中的类索引号，并且设置到klass描述的Class对象中去。这个类索引号是一个很重要的信息，因为我们需要通过类索引号在相应的OAT文件找到一个OatClass结构体。有了这个OatClass结构体之后，我们才可以找到类方法对应的本地机器指令。

  3. 从参数dex_file描述的DEX文件中获得正在加载的类的静态成员变量和实例成员变量个数，并且为每一个静态成员变量和实例成员变量都分配一个ArtField对象，接着通过ClassLinker类的成员函数LoadField对这些ArtField对象进行初始化。初始好得到的ArtField对象全部保存在klass描述的Class对象中。

  4. 调用ClassLinker类的成员函数GetOatClass，从相应的OAT文件中找到与正在加载的类对应的一个OatClass结构体oat_class。这需要利用到上面提到的DEX类索引号，这是因为DEX类和OAT类根据索引号存在一一对应关系。

  5. 从参数dex_file描述的DEX文件中获得正在加载的类的直接成员函数和虚拟成员函数个数，并且为每一个直接成员函数和虚拟成员函数都分配一个ArtMethod对象，接着通过ClassLinker类的成员函数LoadMethod对这些ArtMethod对象进行初始化。初始好得到的ArtMethod对象全部保存在klass描述的Class对象中。

  6. 每一个直接成员函数和虚拟成员函数都对应有一个函数索引号。根据这个函数索引号可以在第4步得到的OatClass结构体中找到对应的本地机器指令。所有与这些成员函数关联的本地机器指令信息通过全局函数LinkCode设置到klass描述的Class对象中。

LinkCode:

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static void LinkCode(SirtRef<mirror::ArtMethod>& method, const OatFile::OatClass* oat_class,  
                     uint32_t method_index)  
    SHARED_LOCKS_REQUIRED(Locks::mutator_lock_) {
    ...
参数 描述
method 要设置本地机器指令的类方法
oat_class 类方法method在OAT文件中对应的OatClass结构体
method_index 类方法method的索引号

在OatClass中，用method就能索引到method的本地指令地址，调用LinkMethod就能将method解析为ArtMethod。

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void OatFile::OatMethod::LinkMethod(mirror::ArtMethod* method) const {  
  CHECK(method != NULL);  
  method->SetEntryPointFromCompiledCode(GetCode());  
  method->SetFrameSizeInBytes(frame_size_in_bytes_);  
  method->SetCoreSpillMask(core_spill_mask_);  
  method->SetFpSpillMask(fp_spill_mask_);  
  method->SetMappingTable(GetMappingTable());  
  method->SetVmapTable(GetVmapTable());  
  method->SetNativeGcMap(GetNativeGcMap());  // Used by native methods in work around JNI mode.  
}

接下来通过OatMethod::GetCode获得OatMethod结构体中的code_offset_字段（指向的是一个本地机器指令函数，这个本地机器指令函数正是通过翻译该方法的DEX字节码得到的），并且通过调用ArtMethod类的成员函数SetEntryPointFromCompiledCode设置到参数method描述的ArtMethod对象中去。

类方法可以通过本地指令执行，也可以通过解释器执行
NeedsInterpreter检查该类方法是否需要解释器
enter_interpreter?true or false

设置入口点：

需要解释器的非native方法：artInterpreterToInterpreterBridge设置为解释器执行该类方法的入口点
不需要解释器的方法或native方法：artInterpreterToCompiledCodeBridge设置为解释器执行该类方法的入口点（伪入口，间接调用本地指令）
抽象方法 ： GetCompiledCodeToInterpreterBridge->Interpreter

调整入口点：

静态类构造方法：Trampoline->wait class initializing->native code

ClassLinker::FixupStaticTrampolines install the Trampoline

需要通过解释器执行的方法：

  1. 没有对应的本地机器指令，即参数code的值等于NULL。
  2. ART虚拟机运行在解释模式中，并且类方法不是JNI方法，并且也不是代理方法

解释器入口都设置为：GetCompiledCodeToInterpreterBridge（to get a unified enterpoint）

注册native方法

ArtMethod类的成员函数UnregisterNative实际上就是将一个JNI方法的初始化入口设置为通过调用函数GetJniDlsymLookupStub获得的一个Stub。这个Stub的作用是，当一个JNI方法被调用时，如果还没有显示地注册有Native函数，那么它就会自动从已加载的SO文件查找是否存在一个对应的Native函数。如果存在的话，就将它注册为JNI方法的Native函数，并且执行它。这就是隐式的JNI方法注册。

UpdateMethodsCode更新方法入口，是否设置监控函数

GetStaticMethodID：

  1. 将参数jni_class的值转换为一个Class指针c，因此就可以得到一个Class对象，并且通过ClassLinker类的成员函数EnsureInitialized确保该Class对象描述的类已经初始化。
  1. Class对象c描述的类在加载的过程中，经过解析已经关联上一系列的成员函数。这些成员函数可以分为两类：Direct和Virtual。Direct类的成员函数包括所有的静态成员函数、私有成员函数和构造函数，而Virtual则包括所有的虚成员函数。因此：
    1. 当参数is_static的值等于true时，那么就表示要查找的是静态成员函数，这时候就在Class对象c描述的类的关联的Direct成员函数列表中查找参数name和sig对应的成员函数。这是通过调用Class类的成员函数FindDirectMethod来实现的。
    1. 当参数is_static的值不等于true时，那么就表示要查找的是虚拟成员函数或者非静态的Direct成员函数，这时候先在Class对象c描述的类的关联的Virtual成员函数列表中查找参数name和sig对应的成员函数。这是通过调用Class类的成员函数FindVirtualMethod来实现的。如果找不到对应的虚拟成员函数，那么再在Class对象c描述的类的关联的Direct成员函数列表中查找参数name和sig对应的成员函数。
  1. 经过前面的查找过程，如果都不能在Class对象c描述的类中找到与参数name和sig对应的成员函数，那么就抛出一个NoSuchMethodError异常。否则的话，就将查找得到的ArtMethod对象封装成一个jmethodID值返回给调用者。