<span>文件流</span> - 全栈程序员必看

在前一篇介绍ClassFileParser类时简单提了一下_stream属性，这个属性保存的是字节码文件流。如果要读取Class文件的内容，首先需要获取文件对应的字节流，ClassFileStream 内部维护了一个buffer，该buffer指向Class文件所对应的字节流。

ClassFileStream对象是在ClassLoader::load_classfile()函数中创建的，这个方法在之前介绍类的双亲委派机制时提到过，当装载一个类时，可能会调用到SystemDictionary::load_instance_class()函数，而这个函数会体现出“双亲委派”的逻辑。如果使用启动类加载器，那么可能需要调用load_classfile()方法装载类。load_classfile()方法的实现如下：

源代码位置：src/share/vm/classfile/classLoader.cpp
instanceKlassHandle ClassLoader::load_classfile(Symbol* h_name, TRAPS) {

  stringStream st;
  st.print_raw(h_name->as_utf8());
  st.print_raw(".class");
  const char* name = st.as_string(); // 通过st获取对应的文件名

  // Lookup stream for parsing .class file
  ClassFileStream* stream = NULL;
  {
    ClassPathEntry* e = _first_entry;
    while (e != NULL) {
      stream = e->open_stream(name, CHECK_NULL);
      if (stream != NULL) {
        break;
      }
      e = e->next();
    }
  }
  ...
}

遍历class_path找到要加载的类文件，获取到文件的绝对路径后就创建ClassFileStream对象。ClassPathEntry 是一个链表结构（因为class path有多个），同时在ClassPathEntry中还声明了一个虚函数open_stream()。这样就可以通过循环遍历链表上的结构，直到查找到某个路径下名称为name的文件为止，这时候open_stream()函数会返回ClassFileStream实例。

在load_classfile()方法中获取到ClassFileStream实例后会调用ClassFileParser类中的parseClassFile()方法，如下：

instanceKlassHandle ClassLoader::load_classfile(Symbol* h_name, TRAPS) {
  // ...

  instanceKlassHandle h;
  if (stream != NULL) {
    // class file found, parse it
    ClassFileParser parser(stream);
    ClassLoaderData* loader_data = ClassLoaderData::the_null_class_loader_data();
    Handle protection_domain;
    TempNewSymbol parsed_name = NULL;
    instanceKlassHandle result = parser.parseClassFile(h_name,loader_data,protection_domain,parsed_name,false,CHECK_(h));
    // add to package table
    if (add_package(name, classpath_index, THREAD)) {
      h = result;
    }
  }

  return h;
}

调用parseClassFile()方法后返回表示Java类的instanceKlass对象，最终方法返回的是操作instanceKlass对象的句柄instanceKlassHandle。下一篇开始将详细介绍parseClassFile()方法的实现。

简单介绍一下ClassFileStream类中的一些被频繁调用的方法，如下：

u1 ClassFileStream::get_u1(TRAPS) {
  return *_current++;
}

u2 ClassFileStream::get_u2(TRAPS) {
  u1* tmp = _current;
  _current += 2;
  return Bytes::get_Java_u2(tmp);
}

u4 ClassFileStream::get_u4(TRAPS) {
  u1* tmp = _current;
  _current += 4;
  return Bytes::get_Java_u4(tmp);
}

u8 ClassFileStream::get_u8(TRAPS) {
  u1* tmp = _current;
  _current += 8;
  return Bytes::get_Java_u8(tmp);
}

void ClassFileStream::skip_u1(int length, TRAPS) {
  _current += length;
}

void ClassFileStream::skip_u2(int length, TRAPS) {
  _current += length * 2;
}

void ClassFileStream::skip_u4(int length, TRAPS) {
  _current += length * 4;
}

Class文件由字节为单位的字节流组成，所有的16位、32位和64位长度的数据将被构造成 2个、4个和8个8字节单位来表示。多字节数据项总是按照Big-Endian的顺序进行存储，而x86等处理器则是使用了相反的Little-Endian顺序来存储数据。
因此，在x86平台上需要进行转换。代码如下：

源代码位置：openjdk/hotspot/src/cpu/x86/vm/bytes_x86.hpp
// Efficient reading and writing of unaligned unsigned data in Java
// byte ordering (i.e. big-endian ordering). Byte-order reversal is
// needed since x86 CPUs use little-endian format.
static inline u2   get_Java_u2(address p)           { return swap_u2(get_native_u2(p)); }
static inline u4   get_Java_u4(address p)           { return swap_u4(get_native_u4(p)); }
static inline u8   get_Java_u8(address p)           { return swap_u8(get_native_u8(p)); }

调用的相关函数如下：　　

源代码位置：openjdk/hotspot/src/cpu/x86/vm/bytes_x86.hpp
// Efficient reading and writing of unaligned unsigned data in platform-specific byte ordering
// (no special code is needed since x86 CPUs can access unaligned data)
static inline u2   get_native_u2(address p)         { return *(u2*)p; }
static inline u4   get_native_u4(address p)         { return *(u4*)p; }
static inline u8   get_native_u8(address p)         { return *(u8*)p; }

调用的swap_u<x>系列的函数实现如下　　

源代码位置：openjdk/hotspot/src/os_cpu/linux_x86/vm/bytes_linux_x86.inline.hpp
inline u2   Bytes::swap_u2(u2 x) {
  return bswap_16(x);
}
inline u4   Bytes::swap_u4(u4 x) {
  return bswap_32(x);
}
inline u8 Bytes::swap_u8(u8 x) {	
  return bswap_64(x);
}

如上是针对基于Linux内核的ubuntu的x86架构下64位版本代码的实现。其中调用的bswap_<x>系列函数是gcc提供的几个内建函数。
由于HotSpot需要跨平台兼容，所以会增加一些针对各平台的特定实现，如Bytes::swap_u2()函数的完整实现如下：

inline u2   Bytes::swap_u2(u2 x) {
#ifdef AMD64
  return bswap_16(x);
#else
  u2 ret;
  __asm__ __volatile__ (
    "movw %0, %%ax;"
    "xchg %%al, %%ah;"
    "movw %%ax, %0"
    :"=r" (ret)      // output : register 0 => ret
    :"0"  (x)        // input  : x => register 0
    :"ax", "0"       // clobbered registers
  );
  return ret;
#endif // AMD64
}

其中的AMD64表示x86架构下的64位指令集，所以笔者当前的机器会选择AMD64位下的实现。如果是非AMD64位的系统，使用gcc内联汇编来实现相关的功能，其将x 的值读入某个寄存器,然后在指令中使用相应寄存器，并将该值移动到%ax中，然后通过xchg 交换%eax中的高低位。然后将最终的结果送入某个寄存器，最后将该结果送到ret中。　