• C++的extern关键字在HotSpot VM中的重要应用


    extern关键字有两个用处:

    (1)extern在C/C++语言中表示函数和全局变量作用范围(可见性)的关键字,这个关键字会告诉编译器,其声明的函数和变量可以在本模块或其它模块中使用。

    (2)在C++中引用C语言中的函数和变量,在包含C语言头文件时,需要使用extern "C"来处理。 

    1、extern表示函数和变量作用范围

    HotSpot VM是一个由多文件组成的复杂系统,文件与文件之间难免会共享一些变量和函数,怎么办呢?例如在类加载时,为了处理并发问题会在多个文件中用到SystemDictionary_lock锁,这个锁在mutexLocker.hpp文件中被声明为外部变量,如下:

    extern Monitor* SystemDictionary_lock;

    文件中用extern对SystemDictionary_lock做“外部变量声明”,在mutexLocker.cpp中定义了这个外部变量。在编译和连接时,系统会由此知道SystemDictionary_lock是一个已在别处定义的外部变量,并将在另一个文件中定义的外部变量的作用域扩展到本文件,在本文件中可以合法地引用外部变量SystemDictionary_lock。

    2、兼容性处理

    extern "C"在HotSpot VM中使用的比较多,如jni.h,如果你编写过native方法,那么这个头文件你应该熟悉,当写native方法的C或C++实现时,通常会引入这个头文件,这样我们就能在我们自己编写的函数中和虚拟机交互了。

    可以借助javah工具生成我们需要的头文件,例如如下实例:

    #include
     
    #ifndef _Included_com_mprofiler_Test
    #define _Included_com_mprofiler_Test
     
    #ifdef __cplusplus
    extern "C" {
    #endif
     
    JNIEXPORT void JNICALL Java_com_mprofiler_Test_helloWorld
      (JNIEnv *, jobject, jstring);
     
    #ifdef __cplusplus
    }
    #endif
     
    #endif
      

    已经自动为我们引入了jni.h头文件。其中的宏__cplusplus是为了避免在C++中使用C语言。这样我们即可以通过C语言实现自己的native方法,也可以用C++实现自己的native方法。在jni.h头文件中同样有__cplusplus判断,也是为了支持用C或C++写native方法,不过由于C语言没有对象的概念,所以两者写起来还是有一些区别的,例如调用某个JNI函数,C语言写法:

    (*env) -> GetStringUTFChars(env, str, NULL);

    C++的写法如下:

    env->GetStringUTFChars(jstr, nullptr);

    另外还需要提示一点的是,通过如上的操作后,编译器会保持原本的名称。如果是C++函数,在编译的时候为了解决函数的多态问题,会将函数名和参数联合起来生成一个中间的函数名称。例如Launcher在启动HotSpot VM时,通常会通过dlsym()函数查找符号,如下:

    ifn->CreateJavaVM = (CreateJavaVM_t)
                dlsym(libjvm, "JNI_CreateJavaVM");

    这个JNI_CreateJavaVM就是通过extern "C"来保证函数本名的, 如果不使用,那么dlsym()可能无法在动态链接库libjvm.so中通过函数名找到这个函数。

    还比如Async Profiler为了异步获取线程栈,要调用HotSpot VM内部的AsyncGetCallTrace()函数,由于这个函数有extern "C",所以使用函数本名查找即可。如果是C++,那么由于Name Mangling的存在,需要确定Name Mangling后的函数名称,如Async Profiler通过TLAB内部的函数统计分配速率时,用了_ZN11AllocTracer27send_allocation_in_new_tlab这样的函数名称。

     

    本人最近准备出一个手写Hotspot VM的课程,超级硬核,从0开始写HotSpot VM,将HotSpot VM所有核心的实现全部走一遍,如感兴趣,加我速速入群。

    群里可讨论虚拟机和Java性能剖析与故障诊断等话题,欢迎加入。

     

     

     

     

     

     

     

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