В Java в вершине иерархии классов лежит класс java.lang.Object. Лежит и лежит, долгое время я им совсем не интересовался.
На собеседованиях часто спрашивают, какие в нем есть методы, поэтому они как-то сами собой выучились. Пришло время посмотреть на этот класс более внимательно. Первый вопрос, который у меня возник, есть ли вообще в исходниках Java класс java.lang.Object. Он же ведь необычный, он вполне может быть жестко зашит в реализацию, как самый верхний.
Однако, такой класс есть и я приведу тут исходники java/lang/Object.java, опустив javadoc, и попытаюсь пролить свет на некоторые моменты связанные с реализацией jvm:
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 |
package java.lang; public class Object { private static native void registerNatives(); static { registerNatives(); } public final native Class<?> getClass(); public native int hashCode(); public boolean equals(Object obj) { return (this == obj); } protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException; public String toString() { return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode()); } public final native void notify(); public final native void notifyAll(); public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException; public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException { if (timeout < 0) { throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative"); } if (nanos < 0 || nanos > 999999) { throw new IllegalArgumentException( "nanosecond timeout value out of range"); } if (nanos >= 500000 || (nanos != 0 && timeout == 0)) { timeout++; } wait(timeout); } public final void wait() throws InterruptedException { wait(0); } protected void finalize() throws Throwable { } } |
Что бы я хотел отметить в этом коде?
Всего в Object 11 публичных методов, 5 обычных и 6 с нативной реализацией.
Рассмотрим обычные методы, так как их код уже доступен.
По дефолту все объекты сравниваются на равенство ссылок. Мне, кстати, в своем время понравилась шутка про то, что для того, чтобы запутать C++ программистов указатели в Java названы ссылками.
|
1 2 3 |
public boolean equals(Object obj) { return (this == obj); } |
toString тоже не содержит ничего необычного, кроме разве того, что hashCode() преобразуется в шестнадцатеричную строку. И если бы apangin не написал, что нынче как только нельзя посчитать hashCode, я бы подумал, что раньше Java программисты могли найти свой объект по hashCode, т.к. он был не чем иным как ссылкой. Те 32 битные времена для многих прошли, и теперь даже не знаю, есть ли смысл в toString() выводить hashCode.
|
1 2 3 |
public String toString() { return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode()); } |
Кроме того, что wait относится к примитивам обеспечивающим многопоточность, хочется отметить бесполезность параметра nanos.
В некоторых случаях он просто добавляет одну милисекунду. Интересно, это закладка на будущее или уже есть системы в которых у wait(long timeout, int nanos) другая реализация.
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 |
public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException { if (timeout < 0) { throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative"); } if (nanos < 0 || nanos > 999999) { throw new IllegalArgumentException( "nanosecond timeout value out of range"); } if (nanos >= 500000 || (nanos != 0 && timeout == 0)) { timeout++; } wait(timeout); } public final void wait() throws InterruptedException { wait(0); } |
Завершает парад обычных методов в java.lang.Object:
|
1 |
protected void finalize() throws Throwable { } |
Этот метод ничего не делает, и есть куча материалов о том, что следует избегать его использования finalize и Finalizer, смысл finalize.
Теперь посмотрим на на java/lang/Object.class Например, мне интересно что в нем указано в качестве супер класса. Находим в установленном jre или jdk rt.jar, распаковываем:
|
1 2 |
jar -xf rt.jar |
И видим, что в super class у него прописаны 00 00, интересно что будет, если руками создать class файл без супер класса.
Я взял Hello.class из моей предыдущей заметки.
Открыл его в vim и заменил содержание буфера на hex дамп vim.wikia.com/wiki/Hex_dump:
|
1 2 |
:%!xxd |
Поразился мощи vim редактора. Быстренько нашел байты для super_class. Напомню, они лежат согласно спецификации через 4 байта после окончания constant_pool. Конец constant_pool ищется по тегу строки 00 01 и последовательности не нулевых байтов, когда начинаются нули идут другие разделы constant_pool. Для других class файлов это может быть не так, но в моем случае сработало.
Возвращаемся обратно к бинарному виду:
|
1 2 |
:%!xxd -r |
Сохраняем изменения. Запускаем наше поправленное приложение:
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 |
java -cp classes/ hello.App Error: A JNI error has occurred, please check your installation and try again Exception <span class="hljs-keyword">in</span> thread <span class="hljs-string">"main"</span> java.lang.ClassFormatError: Invalid superclass index 0 <span class="hljs-keyword">in</span> class file hello/App at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method) at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:760) at java.security.SecureClassLoader.defineClass(SecureClassLoader.java:142) at java.net.URLClassLoader.defineClass(URLClassLoader.java:467) at java.net.URLClassLoader.access<span class="hljs-variable">$100</span>(URLClassLoader.java:73) at java.net.URLClassLoader<span class="hljs-variable">$1</span>.run(URLClassLoader.java:368) at java.net.URLClassLoader<span class="hljs-variable">$1</span>.run(URLClassLoader.java:362) at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method) at java.net.URLClassLoader.findClass(URLClassLoader.java:361) at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:424) at sun.misc.Launcher<span class="hljs-variable">$AppClassLoader</span>.loadClass(Launcher.java:331) at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357) at sun.launcher.LauncherHelper.checkAndLoadMain(LauncherHelper.java:495) |
Ошибка, да еще не какая-нибудь, а выброшенная из нативного метода во время загрузки классов. Пойдем разбираться, за одно может поймем как выбрасывать такие ошибки.
Нам нужны исходники jdk. Я выбрал OpenJDK для исследования. Будем качать их отсюда:
И хранить в Меркурии:
hg clone hg.openjdk.java.net/jdk8/jdk8
Но на этом не всё.
Надо еще запустить:
|
1 |
./get_source.sh |
И подождать. Отлично, исходники скачались и можно искать нашу ошибку. Я делаю это grep-ом:
|
1 2 3 4 |
grep -nr 'Invalid superclass index' * hotspot/src/share/vm/classfile/classFileParser.cpp:3095: "Invalid superclass index %u in class file %s", hotspot/src/share/vm/classfile/classFileParser.cpp:3100: "Invalid superclass index %u in class file %s", |
Открываем classFileParser.cpp и там на 3095 строчке:
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 |
instanceKlassHandle ClassFileParser::parse_super_class(int super_class_index, TRAPS) { instanceKlassHandle super_klass; if (super_class_index == 0) { check_property(_class_name == vmSymbols::java_lang_Object(), "Invalid superclass index %u in class file %s", super_class_index, CHECK_NULL); } else { check_property(valid_klass_reference_at(super_class_index), "Invalid superclass index %u in class file %s", super_class_index, CHECK_NULL); // The class name should be legal because it is checked when parsing constant pool. // However, make sure it is not an array type. bool is_array = false; if (_cp->tag_at(super_class_index).is_klass()) { super_klass = instanceKlassHandle(THREAD, _cp->resolved_klass_at(super_class_index)); if (_need_verify) is_array = super_klass->oop_is_array(); } else if (_need_verify) { is_array = (_cp->unresolved_klass_at(super_class_index)->byte_at(0) == JVM_SIGNATURE_ARRAY); } if (_need_verify) { guarantee_property(!is_array, "Bad superclass name in class file %s", CHECK_NULL); } } return super_klass; } |
Нас интересует вот эта часть:
|
1 2 3 4 5 6 |
if (super_class_index == 0) { check_property(_class_name == vmSymbols::java_lang_Object(), "Invalid superclass index %u in class file %s", super_class_index, CHECK_NULL); } |
check_property лежит в заголовочном файле classFileParser.hpp и выглядит так:
|
1 2 3 4 5 6 7 |
inline void check_property(bool property, const char* msg, int index, TRAPS) { if (_need_verify) { guarantee_property(property, msg, index, CHECK); } else { assert_property(property, msg, index, CHECK); } } |
Я стал искать где выставляется _need_verify и за что отвечает. Оказалось в classFileParser.cpp есть вот такая строчка:
|
1 |
_need_verify = Verifier::should_verify_for(class_loader(), verify); |
verify передается при вызове:
|
1 2 3 4 5 6 7 8 |
instanceKlassHandle ClassFileParser::parseClassFile(Symbol* name, ClassLoaderData* loader_data, Handle protection_domain, KlassHandle host_klass, GrowableArray<Handle>* cp_patches, TempNewSymbol& parsed_name, bool verify, TRAPS) |
Этот метод вызывается во многих местах, но нас интересует в hotspot/src/share/vm/classfile/classLoader.cpp:
|
1 2 3 4 5 6 |
instanceKlassHandle result = parser.parseClassFile(h_name, loader_data, protection_domain, parsed_name, false, CHECK_(h)); |
Как же устроен should_verify_for в hotspot/src/share/vm/classfile/verifier.cpp:
|
1 2 3 4 |
bool Verifier::should_verify_for(oop class_loader, bool should_verify_class) { return (class_loader == NULL || !should_verify_class) ? BytecodeVerificationLocal : BytecodeVerificationRemote; } |
Так как в should_verify_class мы передаем false, смотрим BytecodeVerificationLocal в hotspot/src/share/vm/runtime/arguments.cpp:
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 |
// -Xverify } else if (match_option(option, "-Xverify", &tail)) { if (strcmp(tail, ":all") == 0 || strcmp(tail, "") == 0) { FLAG_SET_CMDLINE(bool, BytecodeVerificationLocal, true); FLAG_SET_CMDLINE(bool, BytecodeVerificationRemote, true); } else if (strcmp(tail, ":remote") == 0) { FLAG_SET_CMDLINE(bool, BytecodeVerificationLocal, false); FLAG_SET_CMDLINE(bool, BytecodeVerificationRemote, true); } else if (strcmp(tail, ":none") == 0) { FLAG_SET_CMDLINE(bool, BytecodeVerificationLocal, false); FLAG_SET_CMDLINE(bool, BytecodeVerificationRemote, false); } else if (is_bad_option(option, args->ignoreUnrecognized, "verification")) { return JNI_EINVAL; } // -Xdebug } |
Зарываясь дальше можно найти черную магию с макросами в hotspot/src/share/vm/runtime/globals_extension.hpp:
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 |
#define FLAG_SET_CMDLINE(type, name, value) (CommandLineFlagsEx::type##AtPut(FLAG_MEMBER_WITH_TYPE(name,type), (type)(value), Flag::COMMAND_LINE)) class CommandLineFlagsEx : CommandLineFlags { public: static void boolAtPut(CommandLineFlagWithType flag, bool value, Flag::Flags origin); static void intxAtPut(CommandLineFlagWithType flag, intx value, Flag::Flags origin); static void uintxAtPut(CommandLineFlagWithType flag, uintx value, Flag::Flags origin); static void uint64_tAtPut(CommandLineFlagWithType flag, uint64_t value, Flag::Flags origin); static void doubleAtPut(CommandLineFlagWithType flag, double value, Flag::Flags origin); static void ccstrAtPut(CommandLineFlagWithType flag, ccstr value, Flag::Flags origin); static bool is_default(CommandLineFlag flag); static bool is_ergo(CommandLineFlag flag); static bool is_cmdline(CommandLineFlag flag); }; |
Но меня это пока не интересует. Мне надо выяснить значение BytecodeVerificationLocal, в случае когда jvm стартует без параметра -Xverify. Это можно найти в коде, но мне кажется, сейчас не уместным лезть дальнейшие дерби и пора выбираться. Документация в помощь. По дефолту jvm запускается с параметром -Xverify:remote и BytecodeVerificationLocal будет false.
Значит _need_verify тоже false и в check_property вызывается assert_property(property, msg, index, CHECK) с параметрами false, «Invalid superclass index %u in class file %s», 0, CHECK_NULL.
|
1 2 3 4 5 6 7 8 |
inline void assert_property(bool b, const char* msg, int index, TRAPS) { #ifdef ASSERT if (!b) { ResourceMark rm(THREAD); fatal(err_msg(msg, index, _class_name->as_C_string())); } #endif } |
Собственно, здесь и выбрасывается сообщение об ошибке. Теперь посмотрим на fatal(msg), чтобы узнать как это делается.
Хотя, на часть вопроса мы уже ответили. Нельзя сделать classfile в котором для поля super_class будет значение 0 и загружать его с помощью дефолтного ClassLoader.
Итак, fatal определенный в hotspot/src/share/vm/utilities/debug.hpp:
|
1 2 3 4 5 |
#define fatal(msg) \ do { \ report_fatal(__FILE__, __LINE__, msg); \ BREAKPOINT; \ } while (0) |
hotspot/src/share/vm/utilities/debug.cpp:
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 |
void report_fatal(const char* file, int line, const char* message) { report_vm_error(file, line, "fatal error", message); } void report_vm_error(const char* file, int line, const char* error_msg, const char* detail_msg) { if (Debugging || error_is_suppressed(file, line)) return; Thread* const thread = ThreadLocalStorage::get_thread_slow(); VMError err(thread, file, line, error_msg, detail_msg); err.report_and_die(); } |
Реализация report_and_die() в hotspot/src/share/vm/utilities/vmError.cpp нетривиальна, но из нее следует, что в Java мы уже не возвращаемся и выводим сообщение об ошибке из недр jvm. На этом я хочу переостановить исследование jvm и java.lang.Object.
Выводы
java.lang.Object особый класс, имеющий уникальный class file, в котором в качестве суперкласса не указан ни один класс. Создать такой же класс средствами языка Java нельзя, но также затруднительно, если вообще возможно, сделать это и манипуляциями с байтами class файла. Надеюсь у меня получилось передать часть восхищения, которое я испытывал исследуя исходники jvm. Призываю всех попробовать сделать то же самое.