Hotspot JVM の oop を理解する

Hotspot JVM 上の oop 関連クラス

次に OpenJDK ソースコード上の oop やそれに関連するクラスを見ていきます。

oopDesc

in src/hotspot/share/oops/oop.hpp

• C++ overlay for any Java object
• つまり Hostspot JVM 内での Java object を表現するクラス
  • (ただ名前のせいでその理解でいいのか不安になる)

oopDesc のはじめには mark と klass という情報が入ります。それぞれのサイズは 64 bit 環境ならば mark が 8 bytes、klass は UseCompressedOops ならば 4 bytes, そうでなければ 8 bytes になります (hospot-under-the-hood の P.3)。

class oopDesc {
 ...
 private:
  markOop _mark;
  union _metadata {
    Klass*      _klass;
    narrowKlass _compressed_klass;
  } _metadata;
  ...

markOop は markOopDesc* のエイリアスで、細かいところは追えていないですが例えばロックに関するフラグなんかの管理に使われていそうです。

klass は自身のクラスに関する情報を指すポインタで Klass クラスについては後ほど出てきます。

これらのメンバのあとに (定義上では出現しませんが) インスタンスフィールドだったり配列であればその長さや要素が続きます。

oop

in src/hotspot/share/oops/oopsHierarchy.hpp

• C++ accessor for Java reference
• そのままだけど Hotspot JVM 内での oop を表現するクラス

oop は

typedef class oopDesc* oop;

あるいは、デバッグビルドならば

class oop {
    ...
    oopDesc *o;
    ...
    operator oopDesc*();
    ...
}

となっています。

narrowOop

in src/hotspot/share/oops/oopsHierarchy.hpp

• Offset instead of address for an oop within a java object
• 圧縮された oop を表現するクラス

narrowOop は単に juint への typedef です。 juint は環境に依りますが例えば uint32_t へのエイリアスです。

typedef juint narrowOop;

CompressedOops

in src/hostspot/share/oops/compressedOops.inline.hpp

• Functions for encoding and decoding compressed oops
• oop を encode して narrowOop にしたりその逆 (decode) を行う関数を定義

Klass

in src/hotspot/share/oops/klass.hpp

• 以下の 2 つを提供するとしている
  • language level class object (method dictionary etc.)
  • provide vm dispatch behavior for the object
• oopDesc は自分の Klass へのポインタを持つ
• Java 仕様の static field にあたるものを管理するのも多分 Klass

InstanceKlass

in src/hotspot/share/oops/instanceKlass.hpp

• コメントから抜粋
  • VM level representation of a Java class
  • It contains all information needed for an class at execution runtime
• つまり Hostspot JVM 内での Java クラス表現
• 例えば実行時に constant pool の情報が必要なときはここに見に来る
• Klass を継承している

InstanceKlass と Klass の指すデータ構造はどうやら共通で、内部では Klass から cast して InstanceKlass を使用することがよくあります。

  # InstanceKlass::cast
  static InstanceKlass* cast(Klass* k) {
    return const_cast<InstanceKlass*>(cast(const_cast<const Klass*>(k)));
  }

/**
 * Check oop for an array
 */
class Sample2 {
    static {
        System.loadLibrary("sample");
    }

    public static native void callArrayLength(int[] args);

    public static void main(String[] args) {
        int arr[] = {1, 2, 3};
        callArrayLength(arr);
    }
}

#include <jni.h>

JNIEXPORT
void JNICALL Java_Sample2_callArrayLength(
  JNIEnv *env, jobject obj, jarray arr
) {
    (*env)->GetArrayLength(env, arr);
}

$ make debug_sample2
...
gdb -x 'sample2.gdb' --args ~/workspace/openjdk11u/build/linux-x86_64-normal-server-fastdebug/jdk/bin/java  -Djava.library.path=. Sample2
...

(gdb) r
(gdb) c
...

Thread 2 "java" hit Breakpoint 1, Java_Sample2_callArrayLength (env=0x7ffff001ab90, 
    obj=0x7ffff59ef880, arr=0x7ffff59ef890) at sample2.c:4
4	    (*env)->GetArrayLength(env, arr);

# (1) print arr value
$1 = 0x7ffff59ef890

# (2) print memory where arr references
0x7ffff59ef890:	0x30	0x69	0x6f	0x19	0x07	0x00	0x00	0x00
0x7ffff59ef898:	0x98	0xf8	0x9e	0xf5	0xff	0x7f	0x00	0x00
0x7ffff59ef8a0:	0x91	0x53	0xa2	0xcd	0xff	0x7f	0x00	0x00
0x7ffff59ef8a8:	0xf8	0xf8	0x9e	0xf5	0xff	0x7f	0x00	0x00

# (3) print memory where oop references
0x7196f6930:	0x01	0x00	0x00	0x00	0x00	0x00	0x00	0x00
0x7196f6938:	0x40	0x0c	0x00	0x00	0x03	0x00	0x00	0x00
0x7196f6940:	0x01	0x00	0x00	0x00	0x02	0x00	0x00	0x00
0x7196f6948:	0x03	0x00	0x00	0x00	0x00	0x00	0x00	0x00

(gdb) p Universe::_narrow_klass._base
$2 = (address) 0x800000000 ""
(gdb) p Universe::_narrow_klass._shift
$3 = 0
(gdb) p Universe::_narrow_oop._base
$4 = (address) 0x0
(gdb) p Universe::_narrow_oop._shift
$5 = 3

(gdb) p ((Klass *) (((long) (0x00000c40)) + Universe::_narrow_klass._base))->_name->as_C_string()
$7 = 0x7ffff0019390 "[I"