Hotspot源码解析-第十九章-ClassLoaderData、符号表、字符串表的初始化

第十九章-ClassLoaderData初始化

讲解本章先从一张图开始

众所周知，Java类的相关信息都是存储在元空间中的，但是是怎么存储的，相信很多读者是不清楚的，这里就不得不涉及到ClassLoaderDataGraph、classLoader、classLoaderData（简称CLD）和Klass的概念及他们四者的关系，这里简单描述下他们的概念，具体细节放到类加载器那一张来讲解。

InstanceKlass（继承自Klass）：每个被加载的类在虚拟机中的表示为一个InstanceKlass

ClassLoaderData：类加载器加载类后，存储数据的对象，也就是说被加载的类最终都存储在ClassLoaderData指向的地方，一个CLD可以存入很多被加载的类InstanceKlass，多个InstanceKlass之间通过链表形式存储，且链表头永远是最新加载的类

ClassLoader：类加载器，每个ClassLoader都有一个CLD

ClassLoaderDataGraph：这是CLD的总入口，把所有CLD通过链表管理起来

19.1 根加载器CLD的创建

19.1.1 universe.cpp

19.1.1.1 ClassLoaderData::init_null_class_loader_data

static void init_null_class_loader_data() {
    // 验证重复初始化
    assert(_the_null_class_loader_data == NULL, "cannot initialize twice");
    assert(ClassLoaderDataGraph::_head == NULL, "cannot initialize twice");

    // 创建ClassLoaderData对象，第一个加载器的参数是NULL，因为在Java中，没有对根加载器的实现，这个是由虚拟机自身来实现加载的，所以相对Java，这是一个NULL，实现看`章节19.1.2`
    _the_null_class_loader_data = new ClassLoaderData((oop)NULL, false, Dependencies());
    // 创建完后，赋值给ClassLoaderDataGraph::_head，表示第一个CLD
    ClassLoaderDataGraph::_head = _the_null_class_loader_data;
    assert(_the_null_class_loader_data->is_the_null_class_loader_data(), "Must be");
    if (DumpSharedSpaces) { // 不涉及多Java进程共享，这一步不会走
      _the_null_class_loader_data->initialize_shared_metaspaces();
    }
  }

19.1.2 classLoaderData.cpp

19.1.2.1 ClassLoaderData构造函数

发现这个构造函数，啥也没做，就是对字段赋初始值

ClassLoaderData::ClassLoaderData(Handle h_class_loader, bool is_anonymous, Dependencies dependencies) :
  _class_loader(h_class_loader()),
  _is_anonymous(is_anonymous),
  // An anonymous class loader data doesn't have anything to keep
  // it from being unloaded during parsing of the anonymous class.
  // The null-class-loader should always be kept alive.
  _keep_alive(is_anonymous || h_class_loader.is_null()),
  _metaspace(NULL), _unloading(false), _klasses(NULL),
  _claimed(0), _jmethod_ids(NULL), _handles(), _deallocate_list(NULL),
  _next(NULL), _dependencies(dependencies),
  _metaspace_lock(new Mutex(Monitor::leaf+1, "Metaspace allocation lock", true)) {

  JFR_ONLY(INIT_ID(this);)
}

19.2 符号表和字符串表

先了解下什么是符号表，什么是字符串表？

SymbolTable（符号表）：符号是指字节码中产生的各种元数据的utf-8字符表示，所以符号表就是用来存放这些utf-8字符的

StringTable（字符串表）：就是存放Java中String对象的，把StringTable表中的数据都可以想像成与Java中String对应

先这么理解吧，在类加载器那一章节会更细致的讲这两个概念。

以下是函数的部分内容，该函数是universe.cpp->universe_init()

// 创建符号表，把它想像成java里的HashMap
SymbolTable::create_table();
// 创建字符串表，把它想像成java里的HashMap
StringTable::create_table();
// 创建包信息表，也可以想像成一个HashMap，包信息用到的时候再讲
ClassLoader::create_package_info_table();

SymbolTable类的定义：
	// 模板类，key为Symbol，value为mtSymbol
    class SymbolTable : public RehashableHashtable<Symbol*, mtSymbol> 
StringTable类的定义：
    // 模板类，key为oop，value为mtSymbol
    class StringTable : public RehashableHashtable<oop, mtSymbol> 
        
SymbolTable：key是Symbol，Symbol可以理解为utf8编码的字符信息
SymbolTable：value是mtSymbol，这是一个枚举值，仅仅表示内存的类型解释，不起实际作用
        
StringTable：key是oop，oop可以理解为指向Java对象的地址（实际上存放的就是Java的String对象的地址）
StringTable：value是mtSymbol，这是一个枚举值，仅仅表示内存的类型解释，不起实际作用

两个表的创建过程都非常简单，但是符号表SymbolTable的创建要复杂些，增加了initialize_symbols初始化符号的操作，代码如下：

static void create_table() {
    assert(_the_table == NULL, "One symbol table allowed.");
    _the_table = new SymbolTable();
    // 预先创建并分配存放符号的内存chunk，symbol_alloc_arena_size = 360K
    initialize_symbols(symbol_alloc_arena_size);
  }

void SymbolTable::initialize_symbols(int arena_alloc_size) {
  // Initialize the arena for global symbols, size passed in depends on CDS.
  if (arena_alloc_size == 0) {
    _arena = new (mtSymbol) Arena(mtSymbol);
  } else {
    // 创建一个Arena对象，细节看`章节19.2.1`
    _arena = new (mtSymbol) Arena(mtSymbol, arena_alloc_size);
  }
}

19.2.1 allocation.cpp

19.2.1.1 Arena构造函数

在JVM运行过程中，会产生大量的符号，为了效率在存储时不可能来一个分配一个，所以需要提前划出一片区域chunk来存储，如果一块chunk不够了，再创建一块，依此类推，Arena就是管理这些chunk的类对象，各chunk之间以链表的形式关联，整个JVM中对内存的管理中，大量使用链表这一数据结构来处理。顺便描述下Arena的几个字段的含义

Chunk *_first; // 第一块 chunk
Chunk *_chunk; // 前在用的 chunk
char *_hwm, *_max; // 当前在用的 chunk 起始点和限制点
size_t _size_in_bytes; // Arena的总大小（所有chunk大小相加）

Arena::Arena(MEMFLAGS flag, size_t init_size) : _flags(flag), _size_in_bytes(0)  {
  size_t round_size = (sizeof (char *)) - 1;
  init_size = (init_size+round_size) & ~round_size;
  // 主要看这里，创建了一个init_size大小的chunk块
  _first = _chunk = new (AllocFailStrategy::EXIT_OOM, init_size) Chunk(init_size);
  _hwm = _chunk->bottom();      // 保存 hwm, max，分别指向chunk块可操作的起始点和限制点
  _max = _chunk->top();
  MemTracker::record_new_arena(flag);
  set_size_in_bytes(init_size);
}