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6.记一次源码追踪分析，从Java到JNI，分析再到JVM的视频C++：fileChannel.map()为什么快；源码分析map方法，put方法
JVM之创建对象源码分析
欢迎探索我的源码技术分享：《半栈工程师》 对于Java对象的创建，我过去只是分析停留在理论层面，但最近研究HotSpot虚拟机时，视频在线报价软件源码我深入剖析了JVM创建Java对象的源码底层机制。Java对象创建流程详解
首先，分析我们从一个简单的视频实例开始，看看如何通过代码创建一个Dog对象： 代码中new Dog()在编译成字节码后，源码会变成new #2，分析这里的视频autohotkey源码解析new是实例化对象的关键字，#2则指向常量池中的源码Dog类索引。常量池是分析类编译后的存储区域，包含了各种符号引用和常量。视频new指令源码剖析
接下来，我们将深入new指令的源码。虽然涉及汇编代码，但无需立即深入，先了解一下《JVM之模板解释器》会有所帮助。新指令的运行过程如下：从指令中获取类在常量池的索引，存入rdx寄存器，并记录当前指令地址。风云矿工源码
获取常量池地址和元素类型数组_tags，用于后续类型检查。
检查元素类型是否为JVM_CONSTANT_Class，如果不是，进入慢速分配。
获取并入栈类的运行时数据结构InstanceKlass，即类的内存地址。
判断类是否已解析，未解析则执行慢速分配，解析过的进入快速分配。
计算类实例大小并分配内存，仓储大叔 源码首先尝试TLAB区，失败则在Eden区分配。
初始化对象实例数据和对象头。
如果类未解析，执行慢速分配过程。
总结
至此，我们了解了Java对象从创建到初始化的全过程。虽然使用了模板解释器，但理解字节码解释器中的相关方法也是个不错的选择。如果你对HotSpot源码感兴趣，欢迎加入讨论，《极速板块》源码我的****是wechat：wang_atbeijing。哪个java视频教程好？
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问题/目的问题1Java中哪些API使用到了mmap问题2怎么知道该API使用到了mmap，如何追踪程序的系统调用目的1源码中分析验证，从Java到JNI，再到C++：fileChannel.map()使用的是系统调用mmap目的2源码验证分析：调用mmapedByteBuffer.put(Byte[])时JVM在搞些什么？mmap比普通的read/write快在哪？揭晓答案1mmap在Java NIO中的体现/使用看一个例子
// 1GBpublic static final int _GB = 1**;File file = new File("filename");FileChannel fileChannel = new RandomAccessFile(file, "rw").getChannel();MappedByteBuffer mmapedByteBuffer = fileChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, _GB);for (int i = 0; i < _GB; i++) { count++;mmapedByteBuffer.put((byte)0);}其中fileChannel.map()底层使用的就是系统调用mmap，函数签名为： public abstract MappedByteBuffer map(MapMode mode,long position, long size)throws IOException
答案2程序执行的系统调用追踪/** * @author Tptogiar * @description * @date /5/ - : */public class TestMappedByteBuffer{ public static final int _4kb = 4*;public static final int _GB= 1**;public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException { // 为了方便在日志中找到本段代码的开始位置和结束位置，这里利用文件io来打开始标记FileInputStream startInput = null;try { startInput = new FileInputStream("start1.txt");startInput.read();} catch (IOException e) { e.printStackTrace();}File file = new File("filename");FileChannel fileChannel = new RandomAccessFile(file, "rw").getChannel();MappedByteBuffer map = fileChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, _GB); //我们想分析的语句问题2for (int i = 0; i < _GB; i++) { map.put((byte)0); // 下文中需要分析的语句目的2}// 打结束标记FileInputStream endInput = null;try { endInput = new FileInputStream("end.txt");endInput.read();} catch (IOException e) { e.printStackTrace();}}}把上面这段代码编译后把“.class”文件拉到linux执行，并用linux上的strace工具记录其系统调用日志，拿到日志文件我们可以在日志中看到以下信息（关于怎么拿到日志可以参照我的博文：无（代写））：
注：日志有多行，这里只选取我们关注的
// ...// 看到了我们打的开始标志openat(AT_FDCWD, "start1.txt", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)// ... // 打开文件，文件描述符fd为6openat(AT_FDCWD, "filename", O_RDWR|O_CREAT, ) = 6// 判断文件状态fstat(6, { st_mode=S_IFREG|, st_size=, ...}) = 0// ... // 判断文件状态fstat(6, { st_mode=S_IFREG|, st_size=, ...}) = 0// 进行内存映射mmap(NULL, , PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, 6, 0) = 0x7f2fd6cd// ...// 程序退出exit(0)// 看到了我们打的结束标志openat(AT_FDCWD, "end.txt", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)在上面程序的系统调用日志中我们确实看到了我们打的开始标志，结束标志。在开始标志和结束标志之间我们看到了我们的文件"filename"确实被打开了，文件描述符fd = 6；在打开文件后紧接着又执行了系统调用mmap，这一点我们Java代码一致，这样，我们就验证了我们答案1中的结论，可以开始我们的下文了
源码追踪分析，从Java到JNI，再到JVM的C++目的1寻源之旅：fileChannel.map()我们知道我们执行Java代码fileChannel.map()确实会在底层调用系统调用，那怎么在源码中得到验证呢？怎么落脚于源码进行分析呢？下面开始我们的寻源之旅
FileChannelImpl.map() 注：由于代码较长，这里代码中略去了一些我们不关注的,比如异常捕获等
public MappedByteBuffer map(MapMode mode, long position, long size)throws IOException{ // ...try { // ...synchronized (positionLock) { // ...long mapPosition = position - pagePosition;mapSize = size + pagePosition;try { // ！我们要找的语句就在这！addr = map0(imode, mapPosition, mapSize);} catch (OutOfMemoryError x) { // 如果内存不足，先尝试进行GCSystem.gc();try { Thread.sleep();} catch (InterruptedException y) { Thread.currentThread().interrupt();}try { // 再次试着mmapaddr = map0(imode, mapPosition, mapSize);} catch (OutOfMemoryError y) { // After a second OOME, failthrow new IOException("Map failed", y);}}} // ...} finally { // ...}}上面函数源码中真正执行mmap的语句是在addr = map0(imode, mapPosition, mapSize),于是我们寻着这里继续追踪
FileChannelImpl.map0()
// Creates a new mappingprivate native long map0(int prot, long position, long length)throws IOException;可以看到，该方法是一个native方法，所以后面的源码我们需要到这个FileChannelImpl.class对应的fileChannelImpl.c中去看，所以我们需要去找到JDK的源码
在JDK源码中我们找到fileChannelImpl.c文件
fileChannelImpl.c 根据JNI的对应规则，我们找到该文件内对应的Java_sun_nio_ch_FileChannelImpl_map0方法，其源码如下：
JNIEXPORT jlong JNICALLJava_sun_nio_ch_FileChannelImpl_map0(JNIEnv *env, jobject this, jint prot, jlong off, jlong len){ void *mapAddress = 0;jobject fdo = (*env)->GetObjectField(env, this, chan_fd);jint fd = fdval(env, fdo);int protections = 0;int flags = 0;if (prot == sun_nio_ch_FileChannelImpl_MAP_RO) { protections = PROT_READ;flags = MAP_SHARED;} else if (prot == sun_nio_ch_FileChannelImpl_MAP_RW) { protections = PROT_WRITE | PROT_READ;flags = MAP_SHARED;} else if (prot == sun_nio_ch_FileChannelImpl_MAP_PV) { protections =PROT_WRITE | PROT_READ;flags = MAP_PRIVATE;}// ！我们要找的语句就在这里！mapAddress = mmap(0,/* Let OS decide location */len,/* Number of bytes to map */protections,/* File permissions */flags,/* Changes are shared */fd, /* File descriptor of mapped file */off); /* Offset into file */if (mapAddress == MAP_FAILED) { if (errno == ENOMEM) { JNU_ThrowOutOfMemoryError(env, "Map failed");return IOS_THROWN;}return handle(env, -1, "Map failed");}return ((jlong) (unsigned long) mapAddress);}我们要找的语句就上面代码中的mapAddress = mmap(0,len,protections,flags,fd,off),至于为什么不是直接的mmap，而是mmap，是因为这里的mmap是一个宏，在文件上方有其定义，如下：
#define mmap mmap至此，我们就在源码中得到验证了我们问题2中的结论：fileChannelImpl.map()底层使用的是mmap系统调用
目的2寻源之旅：mmapedByteBuffer.put(Byte[ ])接着我们来看看当我们调用mmapedByteBuffer.put(Byte[])JVM底层在搞些什么动作
MappedByteBuffer ?首先我们得知道，当我们执行MappedByteBuffer map = fileChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, _GB)时，实际返回的对象是DirectByteBuffer类的实例，因为MappedByteBuffer为抽象类，且只有DirectByteBuffer继承了它，看下面两图就明白了
DirectByteBuffer 于是我们找到DirectByteBuffer内的put(Byte[ ])方法
public ByteBuffer put(byte x) { unsafe.putByte(ix(nextPutIndex()), ((x)));return this;}可以看到该方法内实际是调用Unsafe类内的putByte方法来实现功能的，所以我们还得去看Unsafe类
Unsafe.class
public native voidputByte(long address, byte x);该方法在Unsafe内是一个native方法，所以所以我们还得去看unsafe.cpp文件内对应的实现
unsafe.cpp
在JDK源码中，我们找到unsafe.cpp
在这份源码内，没有使用JNI内普通加前缀的方法来形成对应关系
不过我们还是能顺着源码的蛛丝轨迹找到我们要找的方法
注意到源码中有这样的注册机制，所以我们可以知道我们要找的代码就是上图中标注的代码
顺藤摸瓜，我们就找到了该方法的定义
UNSAFE_ENTRY(void, Unsafe_SetNative##Type(JNIEnv *env, jobject unsafe, jlong addr, java_type x)) \UnsafeWrapper("Unsafe_SetNative"#Type); \JavaThread* t = JavaThread::current(); \t->set_doing_unsafe_access(true); \void* p = addr_from_java(addr); \*(volatile native_type*)p = x; \t->set_doing_unsafe_access(false); \UNSAFE_END \该方法内主要的逻辑语句就是以下两句：
/** * @author Tptogiar * @description * @date /5/ - : */public class TestMappedByteBuffer{ public static final int _4kb = 4*;public static final int _GB= 1**;public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException { // 为了方便在日志中找到本段代码的开始位置和结束位置，这里利用文件io来打开始标记FileInputStream startInput = null;try { startInput = new FileInputStream("start1.txt");startInput.read();} catch (IOException e) { e.printStackTrace();}File file = new File("filename");FileChannel fileChannel = new RandomAccessFile(file, "rw").getChannel();MappedByteBuffer map = fileChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, _GB); //我们想分析的语句问题2for (int i = 0; i < _GB; i++) { map.put((byte)0); // 下文中需要分析的语句目的2}// 打结束标记FileInputStream endInput = null;try { endInput = new FileInputStream("end.txt");endInput.read();} catch (IOException e) { e.printStackTrace();}}}0至此，我们就知道：其实我们调用mmapedByteBuffer.put(Byte[ ])时，JVM底层并不需要涉及到系统调用（这里也可以用strace工具追踪从而得到验证）。也就是说通过mmap映射的空间在内核空间和用户空间是共享的，我们在用户空间只需要像平时使用用户空间那样就行了————获取地址，设置值，而不涉及用户态，内核态的切换
总结fileChannelImpl.map()底层用调用系统函数mmap
fileChannelImpl.map()返回的其实不是MappedByteBuffer类对象，而是DirectByteBuffer类对象
在linux上可以通过strace来追踪系统调用
JNI中“.class”文件内方法与“.cpp”文件内函数的对应关系不止是前缀对应的方法，还可以是注册的方式，这一点的追寻代码的时候有很大帮助
directByteBuffer.put()方法底层并没有涉及系统调用，也就不需要涉及切态的性能开销(其底层知识执行获取地址，设置值的操作)，所以mmap的性能就比普通读写read/write好
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原文：/post/