JVM 本地方法栈（native method stack）解释

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本文详细解析了Java虚拟机中的本地方法栈概念及其工作原理，介绍了Native方法的作用及其实现方式，通过示例代码展示了Native方法的最小实现过程。

本文内容如有错误、不足之处，欢迎技术爱好者们一同探讨，在本文下面讨论区留言，感谢。

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什么是本地方法栈？

oracle官方文档jvms-se7

Java虚拟机的实现可以使用传统的堆栈（俗称“ C堆栈”）来支持native方法（用Java编程语言以外的语言编写的方法）。解释器的实现也可以使用诸如C之类的语言来解释Java虚拟机的指令集，以使用native 本地方法栈。无法加载方法并且自身不依赖于常规堆栈的Java虚拟机实现无需提供本地方法栈。如果提供，通常在创建每个线程时为每个线程分配本地方法栈。

该规范允许本地方法堆栈具有固定大小，或者根据计算要求动态扩展和收缩。如果本地方法栈的大小固定，则在创建每个本地方法栈的大小时可以独立选择。

Java虚拟机实现可以为程序员或用户提供对本地方法栈的初始大小的控制，并且在本地方法堆栈大小变化的情况下，可以控制最大和最小方法栈大小。

以下异常条件与本方法堆栈相关联：

如果线程中的计算所需的本地方法栈超出允许的范围，则Java虚拟机将抛出StackOverflowError。
如果可以动态扩展本法方法栈并尝试进行本法方法栈扩展，但是可以提供足够的内存，或者可以提供足够的内存来为新线程创建初始本法方法栈，则Java虚拟机将抛出OutOfMemoryError。

native方法是什么？

参考资料：

https://stackoverflow.com/questions/6101311/what-is-the-native-keyword-in-java-for
https://stackoverflow.com/questions/18824798/what-is-difference-between-java-method-and-native-method

作用

native方法也叫做本地方法。

native 是Java中的关键字，表示平台相关，用于调用本地代码。
native方法充当通过JNI（Java本地接口）或JNA（Java本地访问）链接到其他编程语言（sun使用的是C/C++语言）之间的接口。比如：public native void method();

本地方法是以非Java语言开始的Java方法（Java方法是只提供方法声明，非Java语言提供具体实现）。本地方法可以访问特定于系统的功能和API，而这些功能和API在Java中不直接可用（比如Unsafe类中的native方法，Unsafe只能通过反射进行创建）。

下面介绍stackoverflow上的一个最小实现来帮助理解上面的概念。

native 最小的实现

Main.java

public class Main {
    public native int square(int i);
    public static void main(String[] args) {
        System.loadLibrary("Main");
        System.out.println(new Main().square(2));
    }
}

Main.c

#include <jni.h>
#include "Main.h"

JNIEXPORT jint JNICALL Java_Main_square(
    JNIEnv *env, jclass obj, jint i) {
  return i * i;
}

编译并运行：

sudo apt-get install build-essential openjdk-7-jdk
export JAVA_HOME='/usr/lib/jvm/java-7-openjdk-amd64'
javac Main.java
javah -jni Main
gcc -shared -fpic -o libMain.so -I${JAVA_HOME}/include \
  -I${JAVA_HOME}/include/linux Main.c
java -Djava.library.path=. Main

输出：

4

上面是在Ubuntu 14.04 AMD64上测试。使用的是Oracle JDK 1.8.0_45

GitHub上的示例供您使用。

Java包/文件名中的下划线必须使用_1进行转义成C方法，如下所述：在包含下划线的Android包名中调用JNI函数

解释：

动作：

使用Java中的任意汇编代码调用经过编译的动态加载的库（此处用C编写）
并将结果返回Java

作用：

使用更好的CPU组装指令（不是CPU可移植的）在关键部分上编写更快的代码
进行直接系统调用

这样做是以降低便携性为代价。当然也可以从C调用Java，但是必须首先在C中创建JVM：如何从C ++调用Java函数？

Android NDK

除了必须使用Android样板进行设置外，此概念在此情况下完全相同。

官方的NDK存储库包含“规范”示例，例如hello-jni应用程序：

https://github.com/googlesamples/android-ndk/blob/4df5a2705e471a0818c6b2dbc26b8e315d89d307/hello-jni/app/src/main/java/com/example/hellojni/HelloJni.java#L39
https://github.com/googlesamples/android-ndk/blob/4df5a2705e471a0818c6b2dbc26b8e315d89d307/hello-jni/app/src/main/cpp/hello-jni.c#L27

此外，file/data/app/com.android.appname-*/oat/arm64/base.odex表示这是一个共享库，我认为这是与ART中的Java文件相对应的AOT预编译.dex，另请参见：Android中的ODEX文件是什么？那么也许Java实际上也可以通过native接口运行？

OpenJDK 8中的示例

首先找到Object#clonejdk8u60-b27中定义的位置，并得出结论，它是通过native调用实现的。

发现：

find . -name Object.java

jdk/src/share/classes/java/lang/Object.java＃l212

protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

现在来了困难的部分，在所有间接寻址中找到克隆的位置。使用查询：find . -iname object.c
它将找到可能实现Object的本地方法的C或C ++文件。

jdk/share/native/java/lang/Object.c＃l47

static JNINativeMethod methods[] = {
    ...
    {"clone",       "()Ljava/lang/Object;",   (void *)&JVM_Clone},
};

JNIEXPORT void JNICALL
Java_java_lang_Object_registerNatives(JNIEnv *env, jclass cls)
{
    (*env)->RegisterNatives(env, cls,
                            methods, sizeof(methods)/sizeof(methods[0]));
}

找下JVM_Clone符号：

grep -R JVM_Clone

进入hotspot/src/share/vm/prims/jvm.cpp＃l580

JVM_ENTRY(jobject, JVM_Clone(JNIEnv* env, jobject handle))
    JVMWrapper("JVM_Clone");

扩展了一堆宏之后，得出的结论是这是定义点。