1.前言
在安卓jni编程中，常常接触到JavaVM和JNIEnv。比如jni动态注册中的JNI_OnLoad方法是我们需要实现的。使用的时候需要通过JavaVM获取JNIEnv。参考如下:
JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) {JNIEnv *env = NULL;if (vm->GetEnv((void **) &env, JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) {return -1;}LOGD("JNI Loaded");return JNI_VERSION_1_6;}
除了动态注册的时候，在编写java层native方法在c层的实现时候，会使用到JNIEnv中提供的很多jni接口函数，比如FindClass、CallObjectMethod等。
以下将通过源码中追踪JavaVM&JNIEnv创建和初始化流程分析理解JNI层的一个大概实现机制。
2.JavaVM和JNIEnv创建流程分析
安卓中zygote是所有Java层进程的鼻祖。zygote启动的时候会创建art虚拟机。JavaVM和JNIEnv初始化的流程也会在zygote启动的时候完成。
2.1 zygote启动流程
(1).init进程解析init.rc
安卓系统用户空间第一个进程init进程启动的时候会解析init.rc文件来确认使用那个一个init.zygotexx.rc文件来启动zygote进程。init.rc中相关内容如下:
...import /init.${ro.zygote}.rc...
由以上内容可知需要根据ro.zygote属性来确认加载具体的zygote启动配置的rc 文件来启动32位还是64位的zygote进程。在文件路径"systemcorerootdir"存在多个zygote启动的配置文件，如下所示:
ro.zygote属性会有四种不同的取值：
-
zygote32：代表32位模式运行zygote进程
-
zygote32_64：代表32为主，64位为辅的方式启动zygote进程
-
zygote64：代表64位方式启动zygote进程
-
zygote64_32：代表64位为主，32位为辅的方式启动zygote进程
以下是一加3手机在安卓10系统中的ro.zygote属性的值。如下所示:
C:UsersQiang>adb shell getprop |findstr "ro.zygote"[ro.zygote]: [zygote64_32]
根据以上ro.zygote值为zygote64_32，当前手机将会加载init.zygote64_32.rc文件。init.zygote64_32.rc内容如下:
service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server --socket-name=zygoteclass mainpriority -20user rootgroup root readproc reserved_disk...service zygote_secondary /system/bin/app_process32 -Xzygote /system/bin --zygote --socket-name=zygote_secondary --enable-lazy-preloadclass mainpriority -20user root...
该配置文件中配置启动了两个zygote进程，一个是执行app_process64,一个是执行app_process32。接下来分析app_process进程的相应逻辑代码。
(2).app_process启动过程
在安卓系统源码中，app_process64和app_process32使用的是同一份源代码。源码路径位于目录:
frameworksbasecmdsapp_process 安卓系统在编译的时候根据Android.mk文件配置编译成了两个平台并重命名。如下是相应的Android.mk文件中配置情况。
LOCAL_PATH:= $(call my-dir)...include $(CLEAR_VARS)...# 指定编译模块名称app_processLOCAL_MODULE:= app_process# 指定编译手机平台both表示32和64都要都要编译LOCAL_MULTILIB := both# 指定32位情况下编译名称变为app_process32LOCAL_MODULE_STEM_32 := app_process32# 指定64位情况下编译名称变为app_process64LOCAL_MODULE_STEM_64 := app_process64...include $(BUILD_EXECUTABLE)...
app_process模块中只有一个源文件app_main.cpp。app_main.cpp文件中和zygote启动相关的逻辑代码如下:
//AppRuntime继承AndroidRuntime类class AppRuntime : public AndroidRuntime{...}//zygote进程入口函数int main(int argc, char* const argv[]){...AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));...if (zygote) {runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);}...}
以上代码中关键逻辑变成了AndroidRuntime->start,接下来分析一下AndroidRuntime中的相关逻辑。
2.2 AndroidRuntime中的处理流程分析
AndroidRuntime类文件路径如下:
frameworksbasecorejniAndroidRuntime.cpp 在该类中的start方法如下
void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector<String8>& options, bool zygote){.../* start the virtual machine */JniInvocation jni_invocation;jni_invocation.Init(NULL);JNIEnv* env;if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {return;}onVmCreated(env);...}
以上方法中调用了startVm方法创建JavaVM和JNIEnv。startVm中的关键逻辑如下:
int AndroidRuntime::startVm(JavaVM** pJavaVM, JNIEnv** pEnv, bool zygote){...if (JNI_CreateJavaVM(pJavaVM, pEnv, &initArgs) < 0) {ALOGE("JNI_CreateJavaVM failedn");return -1;}...}
以上方法中执行JNI_CreateJavaVM方法来创建虚拟机。接下来分析JNI_CreateJavaVM中的处理逻辑。
2.3 JNI_CreateJavaVM中的处理流程分析
JNI_CreateJavaVM方法定义在"jni.h"文件中。具体实现在文件"libnativehelperJniInvocation.cpp"中。该文件中JNI_CreateJavaVM实现如下:
MODULE_API jint JNI_CreateJavaVM(JavaVM** p_vm, JNIEnv** p_env, void* vm_args) {...return JniInvocationImpl::GetJniInvocation().JNI_CreateJavaVM(p_vm, p_env, vm_args);}
以上方法中使用了JniInvocationImpl类的JNI_CreateJavaVM方法。该类位于路径"libnativehelperJniInvocation.cpp"中，他的JNI_CreateJavaVM方法实现如下:
jint JniInvocationImpl::JNI_CreateJavaVM(JavaVM** p_vm, JNIEnv** p_env, void* vm_args) {return JNI_CreateJavaVM_(p_vm, p_env, vm_args);}
在以上实现中调用了JNI_CreateJavaVM_方法,该方法是一个函数指针，定义为如下:
jint (*JNI_CreateJavaVM_)(JavaVM**, JNIEnv**, void*);在JniInvocationImpl类中函数指针JNI_CreateJavaVM_赋值相关逻辑实现如下:
//该方法主要是根据打开的libart.so来查找函数符号bool JniInvocationImpl::FindSymbol(FUNC_POINTER* pointer, const char* symbol) {*pointer = GetSymbol(handle_, symbol);...return true;}//bool JniInvocationImpl::Init(const char* library) {...//获取需要加载的so，此处为libart.solibrary = GetLibrary(library, buffer);//打开libart.sohandle_ = OpenLibrary(library);...//此处表示获取libart.so中的JNI_CreateJavaVM函数地址并赋值给JNI_CreateJavaVM_if (!FindSymbol(reinterpret_cast<FUNC_POINTER*>(&JNI_CreateJavaVM_),"JNI_CreateJavaVM")) {return false;}...}
以上分析可知最终调用的是libart.so中的JNI_CreateJavaVM方法来实现创建虚拟机。接下来分析art中的JNI_CreateJavaVM方法逻辑。
2.4 art中虚拟机创建分析
在art源码中，JNI_CreateJavaVM方法实现源文件路径为:
artruntimejnijava_vm_ext.cc在该文件中JNI_CreateJavaVM的实现代码逻辑如下:
extern "C" jint JNI_CreateJavaVM(JavaVM** p_vm, JNIEnv** p_env, void* vm_args) {...//使用了Runtime::create创建虚拟机if (!Runtime::Create(options, ignore_unrecognized)) {return JNI_ERR;}...Runtime* runtime = Runtime::Current();//启动虚拟机bool started = runtime->Start();...//初始化JNIEnv*p_env = Thread::Current()->GetJniEnv();//初始化JavaVM*p_vm = runtime->GetJavaVM();return JNI_OK;}
以上代码分析核心流程变成了Runtime::Create。接下来分析art中的Runtime类中的处理逻辑。
2.5 Runtime中的处理逻辑
Runtime类位于文件路径:
artruntimeruntime.cc在该类中Create调用的处理逻辑如下:
//调用1bool Runtime::Create(const RuntimeOptions& raw_options, bool ignore_unrecognized) {RuntimeArgumentMap runtime_options;return ParseOptions(raw_options, ignore_unrecognized, &runtime_options) &&Create(std::move(runtime_options));}//调用2bool Runtime::Create(RuntimeArgumentMap&& runtime_options) {...instance_ = new Runtime;...//调用了Init方法初始化if (!instance_->Init(std::move(runtime_options))) {...}return true;}
以上调用中流程走到Init方法中，Init方法实现如下:
bool Runtime::Init(RuntimeArgumentMap&& runtime_options_in) {...std::string error_msg;//这个地方真正创建JavaVMjava_vm_ = JavaVMExt::Create(this, runtime_options, &error_msg);if (java_vm_.get() == nullptr) {LOG(ERROR) << "Could not initialize JavaVMExt: " << error_msg;return false;}...// 这个地方线程附加Thread* self = Thread::Attach("main", false, nullptr, false);...}
以上逻中完成JavaVM的初始化，接下来继续看一下JNIEnv的初始化流程。
2.6 Thread类中的分析
Thread类源码路径:
artruntimeruntime.cc 在该类中Attach方法逻辑如下:
//调用1Thread* Thread::Attach(const char* thread_name,bool as_daemon,jobject thread_group,bool create_peer) {...//调用另一个Attachreturn Attach(thread_name, as_daemon, create_peer_action);}//调用2template <typename PeerAction>Thread* Thread::Attach(const char* thread_name, bool as_daemon, PeerAction peer_action) {Runtime* runtime = Runtime::Current();...Thread* self;{...if (runtime->IsShuttingDownLocked()) {...} else {Runtime::Current()->StartThreadBirth();self = new Thread(as_daemon);//初始化JNIEnv相关逻辑bool init_success = self->Init(runtime->GetThreadList(), runtime->GetJavaVM());...}}...}
以上代码中核心进入Thread->Init方法，Init方法实现如下:
bool Thread::Init(ThreadList* thread_list, JavaVMExt* java_vm, JNIEnvExt* jni_env_ext) {...if (jni_env_ext != nullptr) {...} else {std::string error_msg;//创建JNIEnvtlsPtr_.jni_env = JNIEnvExt::Create(this, java_vm, &error_msg);if (tlsPtr_.jni_env == nullptr) {LOG(ERROR) << "Failed to create JNIEnvExt: " << error_msg;return false;}}...}
3.总结
JavaVM创建关键:
JavaVMExt::Create(this, runtime_options, &error_msg);JNIEnv创建关键:
JNIEnvExt::Create(this, java_vm, &error_msg);
本篇主要分析JavaVM&JNIEnv在zygote启动过程中的创建和初始化。后面会通过JNIEnv->FindClass的接口调用分析JNI相关接口的内部实现机制。
原文始发于微信公众号（哆啦安全）：Art虚拟机中JavaVM &JNIEnv 的初始化流程
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