手把手教你构建、debug、开发Java虚拟机

2020/04/06

目的

Java虚拟机是Java开发者最常使用的平台,了解其中的运行原理可以帮助我们成为更好的开发者、遇到问题更快解决。对于很多虚拟机知识点,大多数人通常是通过看书或文章来了解相关知识的。这样的缺点是一个知识经过了两次信息理解传递,可能导致信息不准,那么为什么不自己去探究虚拟机的实现原理呢。了解自己常使用的工具的原理,便于更好的使用工具,就像更了解轮胎的赛车手能更好地驾驶汽车、更了解锅和菜刀的厨师可以练出更好的厨艺。而了解虚拟机的最直接的方式就是去构建、debug、开发它!

下载代码

openjdk的代码在mercurial中,下载起来很慢。我们使用github上的mirror即可,这里选择了一个比较新的jdk14分支,代码比较多,下载时间会稍长一些。

git clone https://github.com/openjdk/jdk14u

编译

为了构建虚拟机、以及debug调试,需要对代码进行编译。

编译依赖

编译依赖Xcode,通过AppStore搜索下载安装就可以。 编译jdk需要一个低一些版本的jdk作为boot jdk,对于jdk14先到jdk官网下载安装一下jdk13

然后安装编译需要的一些依赖包

brew install autoconf freetype ccache

开始编译

#首先cd到代码目录中
cd jdk14u
# 进行configure
bash configure --with-debug-level=slowdebug --enable-dtrace --with-jvm-variants=server --with-target-bits=64 --enable-ccache --with-num-cores=8 --with-memory-size=8000 --disable-warnings-as-errors
# 进行make,这个过程稍久一些
make all

make成功

openjdkmake

验证下build出来的热乎的jdk

./build/macosx-x86_64-server-slowdebug/jdk/bin/java -version

openjdkimage

导入IDE

openjdk中的代码包含了Java(jdk各种jar包)和C++(hotspot虚拟机部分),本文主要针对hotspot部分。 现代化的IDE是阅读、开发、调试代码的好工具,这里推荐使用Jetbrains公司(也是开发IntelliJ Idea的)提供的CLion

打开CLion后,选择File -> New CMake Project from Sources..
选择jdk14u下面的src/hotspot目录,然后点OK。 CLion会帮助我们配置好CMake项目使用的CMakeLists.txt,并且构建代码索引、符号表等,等待加载完成。 加载后完成点击Clion右上角部分的hotspot|Debug这里,添加一个新的Configuration。
clionconfiguration

点击Configure Custom Build Targets,点击Add target。

addbuildtarget

name设置成build openjdk,点击Build右边的…,创建External Tools, 点击左下角加号,创建一个Tool,name填make, Program填make,Working directory填下载的openjdk的代码的目录的路径位置,点击OK,保存。

addbuildtool

customtargetdone

然后在Run/Debug Configurations页面中,Target选择刚才创建好的target。Executable选择build出来的jdk的java文件,即上两层目录下的jdk14u/build/macosx-x86_64-server-slowdebug/jdk/bin/java。Program arguments暂时填一个 -version。最后点击Apply OK保存。

application

然后点击debug

startdebug

经过几个断点后,可以看到熟悉的java -version的结果

javaversion

解决IDE代码大量红色提示

我们随便打开几个cpp文件,发现里面有大量的红色的提示,让不是强迫症的我都有些难受,并且问题较大的是不能够跳转,给代码阅读带来了很大困难,还是要解决一下。 这里主要原因是一些代码路径问题,我们修改下CMakeLists.txt,先加上这几行,然后点击Reload changes,大部分代码都正常了,如果有遇到其他的,可以按照类似方法解决。并且即使是红色提示,大部分代码都是可跳转的。

include_directories(share)
include_directories(../java.base/unix/native/include)
include_directories(../java.base/share/native/include)
include_directories(../../build/macosx-x86_64-server-slowdebug/jdk/include)
include_directories(../../build/macosx-x86_64-server-slowdebug/hotspot/variant-server/gensrc)
include_directories(../../build/macosx-x86_64-server-slowdebug/hotspot/variant-server/gensrc/jvmtifiles)

CMakeListsModify

修改hotspot代码

这里我们对代码进行一些简单的修改,验证一下修改流程。 找到执行java -version的相关代码, abstract_vm_version.cpp,用目前不太熟悉的C++语言打印出一个Hello World。然后重新点击debug按钮。

debugcodemodify

其他问题

根据jdk版本不同,编译主机环境不同,上述步骤可能会遇到一些其他问题,不过定位问题、解决问题的方法还是不变的。

总结

上述部分就是编译、debug、开发openjdk的一个简单流程了,授人以鱼不如授人以渔,有了这些方法就可以更方便的查看实现以及排查问题了。 但是最后也要提醒大家保持初心、不要过于沉溺于底层实现、不要盲目崇拜开发虚拟机认为是什么高深莫测的工作。这里引用王垠的一段话

每当有人向我表示编译器高深莫测,向往却又高攀不上,我都会给他打一个比方:做编译器就像做菜刀。你可以做出非常好的菜刀,然而你终究只是一个铁匠。铁匠不知道如何用这菜刀做出五花八门,让人心旷神怡,米其林级别的菜肴,因为那是大厨的工作。要做菜还是要打铁,那是你自己的选择,并没有贵贱之分。

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