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07 运行时常量池索引的 rewrite原创

11月前
235768

前言

如果您看过这篇文章的话, 57 相互引用的类加载的调试, 那么还记得文章最末尾留下来的问题么 ? 

细心的你, 可能会发现 code 运行时的字节码 和 class 文件中的字节码有一些不一样的地方 ?

发现没得, getstatic, putstatic, invokevirtual 的操作数运行时 和 class文件中 是不一样的, 这是咋回事呢, 这个是 这个index是在Rewriter阶段重写过的(这里的细节与本文没有关系, 暂时不展开) 

那么 我们今天就来看一下这个问题,究竟是哪里重写了这些索引 

以下代码, 截图基于jdk9 

测试用例

package com.hx.test04;
 
/**
 * LoadRefEachOther
 *
 * @author Jerry.X.He <970655147@qq.com>
 * @version 1.0
 * @date 2020-03-08 10:58
 */
public class Test06LoanRefEachOther {
 
  // Test06LoanRefEachOther
  // refer : https://hllvm-group.iteye.com/group/topic/38847
  public static void main(String[] args) {
 
    System.out.println(Clazz1.x1);
//    System.out.println(Clazz2.x1);
    System.out.println(Clazz2.x2);
 
  }
 
  /**
   * Clazz1
   *
   * @author Jerry.X.He <970655147@qq.com>
   * @version 1.0
   * @date 2020-03-08 10:59
   */
  private static class Clazz1 {
 
    static int x1 = 1;
    int f01;
    int f02;
    int f03;
    int f04;
    int f05;
 
    static {
      x1 = Clazz2.x2;
    }
 
  }
 
  /**
   * Clazz2
   *
   * @author Jerry.X.He <970655147@qq.com>
   * @version 1.0
   * @date 2020-03-08 11:00
   */
  private static class Clazz2 extends Clazz1 {
 
    static int x2 = 2;
    int f01;
    int f02;
    int f03;
    int f04;
    int f05;
 
    static {
      x2 = Clazz1.x1;
    }
 
  }
 
}

引用一下相关字节码 信息 

 Test06LoanRefEachOther$Clazz1.<clinit>

Clazz1
  static {};
    Code:
       0: iconst_1
       1: putstatic     #3                  // Field x1:I
       4: getstatic     #4                  // Field com/hx/test04/Test06LoanRefEachOther$Clazz2.x2:I
       7: putstatic     #3                  // Field x1:I
      10: return

 

运行时 Clazz1.<clinit>方法 code 的相关信息 

(lldb) print method->code_base()
(address) $247 = 0x00000001042cc480 "\x04\xffffffb3\x02"
(lldb) print method->code_size()
(int) $248 = 11
(lldb) x 0x00000001042cc480
0x1042cc480: 04 b3 02 00 b2 03 00 b3 02 00 b1 ff 00 3c ff 08  .............<..
0x1042cc490: 10 31 00 00 00 00 00 00 40 6f 43 03 01 00 00 00  .1......@oC.....
 
 
# code 拆解如下
0x1042cc480: 04: iconst_1
0x1042cc481: b3 02 00: putstatic #2 // Field x1:I
0x1042cc484: b2 03 00: getstatic #3 // Field com/hx/test04/Test06LoanRefEachOther$Clazz2.x2:I
0x1042cc487: b3 02 00: putstatic #2 // Field x1:I
0x1042cc48a: b1: return

rewriter.scan_method ? 

在 rewriter.scan_method 里面打一个断点 

首先是 rewrite 的步骤是在 类加载的 link 阶段 

我们发现 当前扫描的方法 code_base 为 0x10a4cc480, 当前 code 为 0x10a4cc481 

0x10a4cc480 处为 iconst_1, 断点处扫描到了 "putstatic     #3" 

进入 rewriter. rewrite_member_reference 方法, 我们发现 原来的操作数 3, 换成了 cache_index : 2 

内存中的变化情况如下 

(lldb) x 0x10a4cc480
0x10a4cc480: 04 b3 00 03 b2 00 04 b3 00 03 b1 ff 00 3e ff 08  .............>..
0x10a4cc490: 10 31 00 00 00 00 00 00 40 6f 63 09 01 00 00 00  .1......@oc.....
(lldb) x 0x10a4cc480
0x10a4cc480: 04 b3 02 00 b2 00 04 b3 00 03 b1 ff 00 3e ff 08  .............>..
0x10a4cc490: 10 31 00 00 00 00 00 00 40 6f 63 09 01 00 00 00  .1......@oc.....

可以看到 0x10a4cc482 开始两个字节, 00 03 换成 00 02 

可以看到两点变化, 第一个是 操作数本身逻辑值发生了变化, 另外一点是 存储方式由 大端序 变成了 小端序 

当这个方法的所有的字节码扫描完了之后, 就完成了 class 文件中的 code 到 内存中的 code 的转变了 

呵呵 这个常量池索引 会影响到那些 字节码 呢? 

        case Bytecodes::_putstatic      :
        case Bytecodes::_putfield       : {
        // 省略了一部分和我们这里无关的代码
        // fall through
        case Bytecodes::_getstatic      : // fall through
        case Bytecodes::_getfield       : // fall through
        case Bytecodes::_invokevirtual  : // fall through
        case Bytecodes::_invokestatic   :
        case Bytecodes::_invokeinterface:
        case Bytecodes::_invokehandle   : // if reverse=true
          rewrite_member_reference(bcp, prefix_length+1, reverse);
          break;

rewriter.compute_index_maps

上面还有一个问题, 转换前后的索引有什么规则呢 ? 那我们接着往下看 

int  cp_entry_to_cp_cache(int i) { assert(has_cp_cache(i), "oob"); return _cp_map.at(i); }

老索引 -> 新索引是来自于 这个 _cp_map 

_cp_map, _cp_cache_map 的计算来自于 rewriter.compute_index_maps 

前者为 老索引 -> 新索引, 后者为 新索引 -> 老索引 

这里将 JVM_CONSTANT_InterfaceMethodref, JVM_CONSTANT_Fieldref, JVM_CONSTANT_Methodref 重新排列, 构建了索引 

[add at 2021.11.21]将 JVM_CONSTANT_String, JVM_CONSTANT_MethodHandle, JVM_CONSTANT_MethodType 重新排列, 构建了索引 

Test06LoanRefEachOther$Clazz1 的常量池如下 

/Users/jerry/ClionProjects/HelloOpenJdk/jdk9/build/macosx-x86_64-normal-serverANDclient-slowdebug/jdk/bin/java -da -dsa -Xint -Xmx10M -XX:+UseSerialGC com.hx.test04.Test06LoanRefEachOther
Signal: SIGSEGV (signal SIGSEGV)
Signal: SIGSEGV (signal SIGSEGV)
{constant pool}
 - holder: 0x00000007c008fe28
 - cache: 0x0000000000000000
 - resolved_references: 0x0000000000000000
 - reference_map: 0x0000000000000000
 -   1 : Method : klass_index=5 name_and_type_index=30
 -   2 : Method : klass_index=6 name_and_type_index=30
 -   3 : Field : klass_index=5 name_and_type_index=31
 -   4 : Field : klass_index=32 name_and_type_index=33
 -   5 : Unresolved Class : 'com/hx/test04/Test06LoanRefEachOther$Clazz1'
 -   6 : Unresolved Class : 'java/lang/Object'
 -   7 : Utf8 : 'x1'
 -   8 : Utf8 : 'I'
 -   9 : Utf8 : 'f01'
 -  10 : Utf8 : 'f02'
 -  11 : Utf8 : 'f03'
 -  12 : Utf8 : 'f04'
 -  13 : Utf8 : 'f05'
 -  14 : Utf8 : '<init>'
 -  15 : Utf8 : '()V'
 -  16 : Utf8 : 'Code'
 -  17 : Utf8 : 'LineNumberTable'
 -  18 : Utf8 : 'LocalVariableTable'
 -  19 : Utf8 : 'this'
 -  20 : Utf8 : 'Clazz1'
 -  21 : Utf8 : 'InnerClasses'
 -  22 : Utf8 : 'Lcom/hx/test04/Test06LoanRefEachOther$Clazz1;'
 -  23 : Unresolved Class : 'com/hx/test04/Test06LoanRefEachOther$1'
 -  24 : Utf8 : '(Lcom/hx/test04/Test06LoanRefEachOther$1;)V'
 -  25 : Utf8 : 'x0'
 -  26 : Utf8 : 'Lcom/hx/test04/Test06LoanRefEachOther$1;'
 -  27 : Utf8 : '<clinit>'
 -  28 : Utf8 : 'SourceFile'
 -  29 : Utf8 : 'Test06LoanRefEachOther.java'
 -  30 : NameAndType : name_index=14 signature_index=15
 -  31 : NameAndType : name_index=7 signature_index=8
 -  32 : Unresolved Class : 'com/hx/test04/Test06LoanRefEachOther$Clazz2'
 -  33 : NameAndType : name_index=40 signature_index=8
 -  34 : Unresolved Class : 'com/hx/test04/Test06LoanRefEachOther'
 -  35 : Utf8 : 'com/hx/test04/Test06LoanRefEachOther$Clazz1'
 -  36 : Utf8 : 'java/lang/Object'
 -  37 : Utf8 : 'com/hx/test04/Test06LoanRefEachOther$1'
 -  38 : Utf8 : 'com/hx/test04/Test06LoanRefEachOther$Clazz2'
 -  39 : Utf8 : 'Clazz2'
 -  40 : Utf8 : 'x2'
 -  41 : Utf8 : 'com/hx/test04/Test06LoanRefEachOther'

可以发现 只有两个 Field, 两个 Method, 所以 图中 新索引 -> 老索引 的数量为 4 

因为新索引从 0 开始, 索引 新旧索引偏移 -1 

片尾彩蛋

如果配置了 RegisterFinalizersAtInit, 那么在 Object() 的构造方法后面 把 Bytecodes::_return 更新成了 Bytecodes::_return_register_finalizer

那么配置了 RegisterFinalizersAtInit 为 false 的情况, finalizer 在哪里注册呢 ? 

在为对象分配空间的时候 

HSDB 拿到的是 rewire 之前的字节码, 因此 RegisterFinalizersAtInit 为 true 只能在运行时验证了 

(lldb) x 0x10dcc25a8
0x10dcc25a8: b1 ff 00 64 00 00 00 00 00 00 00 00 01 00 18 00  ...d............
0x10dcc25b8: 19 00 00 00 00 00 01 00 20 26 cc 0d 01 00 00 00  ........ &......
(lldb) x 0x10dcc25a8
0x10dcc25a8: e8 ff 00 64 00 00 00 00 00 00 00 00 01 00 18 00  ...d............
0x10dcc25b8: 19 00 00 00 00 00 01 00 20 26 cc 0d 01 00 00 00  ........ &......

======================= add at 2020.05.03 =======================

找到了一个之前的todo, 链接一下 

R大曾经在这篇文章中 Java 8下如何查看JVM里Java应用的字节码? 介绍了 常量池索引  Rewrite 的相关只是 

有些字节码指令的操作数在Class文件里跟在运行时看起来不同,是因为HotSpot VM在加载类的时候会对字节码做改写,把某些指令的操作数从常量池下标(constant pool index)改写为常量池缓存下标(constant pool cache index)。这是因为这些指令所需要引用的信息比一个constant pool entry slot要大,需要另外开一个更大的数据结构来放该常量池项的内容。

参考

57 相互引用的类加载的调试

Java 8下如何查看JVM里Java应用的字节码?

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黄金键盘
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