文章目录

  • 1. 走进Java
  • 1.1 前言
  • 1.2 实战：自己编译JDK
  • 1. 获取源码
  • 2. 解压zip文件
  • 3. 安装上一个JDK版本
  • 4. 构造编译环境
  • 5. 开始源码编译
  • 6. 检查编译成功与否
  • 7. configure参数
  • 1.3 在IDE工具中进行源码调试（待完成）


1. 走进Java

1.1 前言

从广义上讲，Kotlin、Clojure、JRuby、Groovy等运行于Java虚拟机上的编程语言及其相关的程序都属于Java技术体系中的一员
从传统意义上来看，JCP（Java社区）官方所定义的Java技术体系包括：Java程序设计语言、各种硬件平台上的Java虚拟机实现、Class文件格式、Java类库API、来自商业机构和开源社区的第三方Java类库

Java前身：Oak，Sun公司

  • JDK
    Java程序设计语言、Java虚拟机、Java类库这三部分统称为JDK（Java Development Kit）
    JDK是用于支持Java程序开发的最小环境
  • JRE
    Java类库API中的Java SE API子集和Java虚拟机这两部分统称为JRE（Java Runtime Environment）
    JRE是支持Java程序运行的标准环境
  • 产品线
    （1）Java Card：支持Java小程序（Applets）运行在小内存设备（如智能卡）上的平台
    （2）Java ME（Micro Edition）：支持Java程序运行在移动终端（手机、PDA）上的平台，对Java API有所精简，注意手机端Java语言开发程序的Android并不属于Java ME
    （3）Java SE（Standard Edition）：支持面向桌面级应用（如Windows下的应用程序）的Java平台，提供了完整的Java核心API
    （4）Java EE（Enterprise Edition）：支持使用多层架构的企业应用（如ERP、MIS、CRM应用）的Java平台，除了提供Java SE API外，还对其做了大量有针对性的扩充（JDK后被捐赠给eclipse，改名为Jakarta EE）
  • 基本概念
  • 机器码：二进制编码方式表示的指令，叫做机器指令码，CPU直接读取运行，执行速度最快
  • 指令：把机器码中特定的0和1序列，简化成对应的指令，如mov，inc等
  • 指令集：不同的硬件平台所支持的指令，称之为对应平台的指令集； x86指令集，对应的是x86架构的平台，ARM指令集，对应的是ARM架构的平台
  • 汇编语言：在汇编语言中，用助记符（Mnemonice）代替机器指令的操作码，用地址符号（Symbol）或标号（Label）代替指令或操作数的地址；用汇编语言编写的程序还必须翻译成机器指令码
  • 高级语言：需要把程序解释和编译成机器的指令码（指令集中的指令的代码）
  • 字节码：字节码是一种中间状态（中间码）的二进制代码（文件），可以在装有JVM虚拟机的电脑上运行；
    字节码的实现方式是通过编译器和虚拟机器。编译器将源码编译成字节码，特定平台上的虚拟机器将字节码转译为可以直接执行的指令
  • Java编译器、解释器、即时编译器
  • 编译器：将编写的Java源文件即（.java）编译成字节码文件即（.class）
  • 即时编译器（JIT）：虚拟机将使用频繁的代码，编译成与本地平台相关的机器码，能直接执行，效率更高
    java有2种编译方式，一是编译成和机器平台无关的字节码文件；二是编译成和机器平台有关的机器码
  • 解释器：解释执行字节码class文件
  • HotSpot虚拟机
    默认的Java虚拟机
    热点代码探测能力可以通过执行计数器找出最具有编译价值的代码，然后通知即时编译器以方法为单位进行编译
    如果一个方法被频繁调用，或方法中有效循环次数很多，将会分别触发标准即时编译和栈上替换编译（On-Stack Replacement，OSR）行为
    除此之外，还有诸多其他虚拟机，如IVM J9 VM、KVM等
    Graal VM：新兴虚拟机，基于HotSpot发展而来，旨在可以作为“任何语言”的运行平台使用
    HotSpot虚拟机中含有两个即时编译器和一个新的Graal编译器
  • 客户端编译器 C1：编译耗时短但输出代码优化程度较低
  • 服务端编译器 C2：编译耗时长但输出代码优化质量也更高
  • Graal编译器：C2复杂难以维护，Graal作为其替代品登场，目前仍处于实验阶段，前途可期

1.2 实战：自己编译JDK

想要窥探Java虚拟机内部的实现原理，最直接的一条路径就是编译一套自己的JDK

1. 获取源码

有OpenJDK和OracleJDK两个版本，但现在它们的代码大多相同了
以OpenJDK为例：

实验条件：
JDK版本：OpenJDK12
操作系统：Centos 7

  • 方法一：官网下载（很慢）
    网址：https://hg.openjdk.java.net/jdk/jdk12，进入后点击左侧“browse”，再点击“zip”即可下载
  • 方法二：github（快，推荐）
    网址：https://github.com/openjdk/jdk，在“master”那切换至“tags”，选择jdk的最后一次提交版本“jdk-12-ga”，下载zip文件
  • 方法三：git命令
    …

2. 解压zip文件

进入安装位置，这里选择 /home，查看磁盘空间，并新建一个jdk12文件夹（需要切换至root权限）

cd /home
df -h
mkdir jdk12
cd /home/jdk12

借助工具将之前下载的jdk-jdk-12-ga.zip传送到CentOS虚拟机里面的 /home/jdk12目录下，解压zip文件

unzip jdk-jdk-12-ga.zip

3. 安装上一个JDK版本

确保已经安装gcc（4.8版本及以上），检查命令

gcc --version

JDK少部分是C/C++编写，更多是java编写，运行这些java代码，需要用到另一个编译期可用的JDK，官方称这个JDK为“Bootstrap JDK”；
因此，编译OpenJDK 12时，Bootstrap JDK必须使用JDK 11及之后的版本

yum install -y java-11-openjdk-devel
//检查的话用
java -version

4. 构造编译环境

进入解压后的jdk文件夹，里面有一个configure文件，执行该文件

cd jdk-jdk-12-ga
bash configure

如果成功执行，提示语句最后不会显示 configure:error 等字样

（1）报错一：如果出现报错，如

arm架构 适配x86架构的虚拟机_java


就按照提示安装缺失的包，安装完成之后再次执行bash configure

yum install libXtst-devel libXt-devel libXrender-devel libXrandr-devel libXi-devel
bash configure

（2）仍然报错，如下

arm架构 适配x86架构的虚拟机_java_02

照提示安装缺失的包，安装完成之后再次执行bash configure（这个流程重复几遍，最终还安装了以下组件）

yum install cups-devel
yum install fontconfig-devel
yum install alsa-lib-devel
bash configure

最终终于不报error了

5. 开始源码编译

configure命令：配置好的 JVM虚拟机 的参数
make命令：进行配置好的整个OpenJDK编译

  • configure 命令

所有的参数都通过 bash configure [options] 的形式使用（关于参数，见下节）
譬如，编译FastDebug版、仅含Server模式的HotSpot虚拟机，命令应为

bash configure --enable-debug --with-jvm-variants=server

如果报错，就按照提示下载缺失文件（这里没有报错）

顺利安装后，可以看到调试级别，Java虚拟机的模式、特性，使用的编译器版本等配置摘要信息

arm架构 适配x86架构的虚拟机_Java_03

  • make命令

依赖检测通过后便可以输入“make”执行整个OpenJDK编译了

make

如果出现以下报错

arm架构 适配x86架构的虚拟机_centos_04

则需要指定版本，重新make。重新make前要clean上次make的信息

make clean CONF=linux-x86_64-server-fastdebug
make CONF=linux-x86_64-server-fastdebug

make会比较慢，在半小时左右

有的地方也用 make images CONF=linux-x86_64-server-fastdebug，这里“images”是“product images”编译目标（Target）的简写别名，这个目标的作用是编译出整个JDK镜像，除了“product images”以外，其他编译目标还有：

arm架构 适配x86架构的虚拟机_java_05

6. 检查编译成功与否

（1）make成功之后，进入安装目录/build/配置名称，可以看到如下结构，我这里是

cd linux-x86_64-server-fastdebug/

arm架构 适配x86架构的虚拟机_centos_06

有些目录例如images是没有的，因为之前采用的是make而不是make images

（2）进入 jdk/bin，输入以下命令

./java -version

可以看到编译好的openjdk12信息

arm架构 适配x86架构的虚拟机_java_07

JDK编译可以通过设置configure参数，来配置一个自定义化的JVM虚拟机
除此之外，JVM虚拟机开发也需要对源码进行研究

7. configure参数

可以使用以下命令查看所有参数

bash configure --help

比较重要的有以下参数

--with-debug-level=<level>
设置编译的级别，可选值为release、fastdebug、slowde-bug，越往后进行的优化措施就越少，带的调试信息就越多。还有一些虚拟机调试参数必须在特定模式下才可以使用。默认值为release

--enable-debug
等效于 --with-debug-level=fastdebug

--with-native-debug-symbols=<method>
确定调试符号信息的编译方式，可选值为none、internal、external、zipped

--with-version-string=<string>
设置编译JDK的版本号，譬如java -version的输出就会显示该信息。这个参数还有--with-version-<part>=<value>的形式，其中part可以是pre、opt、build、major、minor、security、patch之一，用于设置版本号的某一个部分

--with-jvm-variants=<variant>[，<variant>...]
编译特定模式（Variants）的HotSpot虚拟机，可以多个模式并存，可选值为server、client、minimal、core、zero、custom

--with-jvm-features=<feature>[，<feature>...]
针对--with-jvm-variants=custom时的自定义虚拟机特性列表（Features），可以多个特性并存，由于可选值较多，请参见help命令输出。

--with-target-bits=<bits>：指明要编译32位还是64位的Java虚拟机，在64位机器上也可以通过交叉编译生成32位的虚拟机

--with-<lib>=<path>
用于指明依赖包的具体路径，通常使用在安装了多个不同版本的Bootstrap JDK和依赖包的情况。其中lib的可选值包括boot-jd、freetype、cups、x、alsa、libffi、jtreg、libjpeg、giflib、libpng、lcms、zlib

--with-extra-<flagtype>=<flags>
用于设定C、C++和Java代码编译时的额外编译器参数，其中flagtype可选值为cflags、cxxflags、ldflags，分别代表C、C++和Java代码的参数

--with-conf-name=<name>
指定编译配置名称，OpenJDK支持使用不同的配置进行编译，默认会根据编译的操作系统、指令集架构、调试级别自动生成一个配置名称，譬如“linux-x86_64-serverrelease”，如果在这些信息都相同的情况下保存不同的编译参数配置，就需要使用这个参数来自定义配置名称

1.3 在IDE工具中进行源码调试（待完成）

待实验