本节书摘来异步社区《HotSpot实战》一书中的第1章，第1.2节，作者：陈涛，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。
源码面前，了无秘密。对于OpenJDK和HotSpot项目来说也是如此。因此，研究虚拟机实现机制的最佳途径就是阅读和调试源代码。我们希望能够动手编译一个完整的OpenJDK（含HotSpot）项目，或者仅编译HotSpot，这样就可以对虚拟机展开调试了。
虽然官方也支持在Windows操作系统下构建编译环境。但是经验表明，选择在Linux环境下搭建编译环境，可以避免不少弯路。理由有以下两点：
Windows上为了得到完整的编译环境，需要借助Cygwin等虚拟环境，而在Linux环境下环境下则可以省去大量的环境准备工作，成本较低；深入研究时，若遇到涉及操作系统内核上的困惑，开源的Linux内核较易获得。即便如此，编译一个完整的Open JDK对开发者的要求还是较高的。我们选择的Linux发行版、内核版本、编译器（GCC/G++等）以及项目依赖的第三方库的差异，都有可能导致编译过程出错。因此，需要读者具备基本的Linux使用技能，能够在出现问题时找到解决方案。由于本文关注的只是HotSpot，所以编译完整的OpenJDK也并不是必须完成的任务，若无法编译完整的OpenJDK，我们可以仅编译HotSpot，这就能满足大部分的学习需求。相较于编译完整的OpenJDK，仅编译HotSpot项目就相对简单很多。简单说来，可以按照如图1-3所示的步骤进行操作。
（1）下载一套含有HotSpot项目的JDK源代码；
（2）搭建编译环境；
（3）配置编译目标；
（4）编译；
（5）运行测试程序，检测编译是否成功。
接下来，我们开始动手编译HotSpot吧。
可以在OpenJDK官网（http://download.java.net/openjdk/jdk7/）下载源代码。将下载的源代码包解压后，可以找到一个名为hotspot的目录，该路径下就是Hotspot项目完整的源代码。
从JVM为语言的运行时提供支撑功能来看，虚拟机是Java语言的“系统程序”，但从本质上来说，它只是一个运行在操作系统上的普通应用程序而已。因此，对于我们来说，过分担心它有多么的庞大和神秘，是完全没有必要的。
HotSpot项目主体是由C++实现的，并伴有少量C代码和汇编代码。此外，作为HotSpot的重要组成部分之一， Serviceability Agent 1可维护性代理，简称SA）及其他Agent则由Java代码实现。
HotSpot工程目录结构如图1-4所示。
在根目录Hotspot下有Agent、Make、Src和Test目录。其中Make目录包含了编译HotSpot的Makefile文件，Agent目录中的源代码主要实现SA，而Test目录下包含了一些Java实现的测试用例。
在Src目录下就是HotSpot项目的主体源代码，由Cpu、Os、Os_cpu和Share这4个子目录组成。在Cpu目录下是一些依赖具体处理器架构的代码，主要按照Sparc、x86和Zero三种计算机体系结构划分子模块；Os目录下则是一些依赖操作系统的代码，主要按照Linux、Windows、Solaris和Posix2进行模块划分；而Os_cpu目录下则是一些同时依赖于操作系统和处理器类型的代码，如Linux+Sparc、Linux+x86、Linux+Zero、Solaris+Sparc、Solaris+x86和Windows+x86等模块。
在Share目录下是独立于操作系统和处理器类型的代码，这部分代码是HotSpot工程的核心业务，实现了HotSpot的主要功能。Share由两部分组成，一部分是实现虚拟机各项功能的Vm目录。另一部分是位于Tools目录下的几个独立的虚拟机工具程序，如Hsdis、IdealGraphVisualizer、Launcher、LogCompilation和ProjectCreator。
在Vm目录下，按照虚拟机的功能划分了一些模块。这些模块构成了虚拟机的内核，它们是HotSpot内核的顶层模块，每个顶层模块封装了在功能上相对独立的业务逻辑。目前，HotSpot中主要包括了下列顶层模块。
Adlc：平台描述文件。Libadt：抽象数据结构。Asm：汇编器。Code：机器码生成。C1：client编译器，即C1编译器。Ci：动态编译器。Compiler：调用动态编译器的接口。Opto：Server编译器，即C2编译器。Shark：基于LLVM实现的即时编译器。Interpreter：解释器。Classfile：Class文件解析和类的链接等。Gc_interface：GC接口。Gc_implementation：垃圾收集器的具体实现。Memory：内存管理。Oops：JVM内部对象表示。Prims：HotSpot对外接口。Runtime：运行时。Services：JMX接口。Utilizes：内部工具类和公共函数。在下文中，我们将分别对这些模块展开探讨。第2章不仅介绍了Launcher作为JVM的启动器是如何启动虚拟机并进行系统初始化的，还介绍了Prims、Services和Runtime等公共模块为虚拟机提供的重要基础作用：Prims为外界与JVM搭建了通信的桥梁，Services和Runtime为其他模块提供了公共服务。第3章将会讨论Oops和Classfile模块，前者构成了HotSpot内部的面向对象表示系统，而后者则提供了类的解析功能；第4章会介绍Memory模块提供内存管理功能；第5章深入介绍了与垃圾收集器相关的GC模块；第7章详细讨论了与解释器和编译器的实现息息相关的Interpreter、C1、Code等模块。
在各种Linux发行版中，Ubuntu算是比较普及的一款产品。它具有功能丰富、更新速度快和容易上手的优良特性，鉴于此，我们选择Ubuntu 12作为开发环境。当然，也可以选择官方推荐的其他Linux发行版，如Fedora、Debian等，这完全没有任何限制。
我们在这里搭建的环境如下。
源代码版本：OpenJDK7，分支代号b147。操作系统：基于Linux Kernel 3.5内核的Ubuntu 12.10（Vmware Workstation 9.03）发行版。编译环境：GCC 4.7 、G++ 4.6和GDB 7.5。为方便搭建编译环境，读者可以在Hotspot目录下创建一个编译脚本，来节省许多手工配置工作。脚本内容如清单1-9所示（读者请将路径替换为本地路径）。
清单1-9描述：HotSpot工程编译脚本
#!/bin/bash export LANG=C``` 导入JDK路径：export ALT_BOOTDIR="/home/chentao/mywork/soft/jdk1.6.0_35"export ALT_JDK_IMPORT_PATH="/home/chentao/mywork/soft/jdk1.6.0_35"`导入ANT路径：
export ANT_HOME="/home/chentao/mywork/soft/apache-ant-1.8.4"``` 导入PATH：export PATH="/usr/lib/:/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/ usr/games:/ home/chentao/mywork/soft/apache-ant-1.8.4:/usr/lib/i386-linux-gnu:/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6"`其他配置：
export HOTSPOT_BUILD_JOBS=5 #输出目录 export ALT_OUTPUTDIR=../build/hotspot_debug``` 选择目标版本为jvmg，启动编译HotSpot命令：cd makemake jvmg jvmg1 2>&1 | tee ~/hotspot-in-action/hotspot/build/hotspot_debug.log`编译完成后，在日志文件hotspot_debug.log中可以查看编译过程。阅读这份日志，有助于加深对HotSpot项目整体架构的理解。
如清单1-10所示，在Makefile中定义了HotSpot项目的编译目标和级别。其中，主要包括以下4种基本级别。
product：产品级别。优化编译，但无断言。fastdebug：快速调试级别。优化编译，但开启断言。optimized：优化级别。优化编译，但无断言。debug：调试级别。编译后的libjvm链接库中含有较丰富的调试信息。清单1-10来源：hotspot/make/Makefile描述：编译目标
1 C1_VM_TARGETS=product1 fastdebug1 optimized1 jvmg1 2 C2_VM_TARGETS=product fastdebug optimized jvmg 3 KERNEL_VM_TARGETS=productkernel fastdebugkernel optimizedkernel jvmgkernel 4 ZERO_VM_TARGETS=productzero fastdebugzero optimizedzero jvmgzero 5 SHARK_VM_TARGETS=productshark fastdebugshark optimizedshark jvmgshark 6 all: all_product all_fastdebug 7 ifndef BUILD_CLIENT_ONLY 8 all_product: product product1 productkernel docs export_product 9 all_fastdebug: fastdebug fastdebug1 fastdebugkernel docs export_fastdebug 10 all_debug: jvmg jvmg1 jvmgkernel docs export_debug 11 else 12 all_product: product1 docs export_product 13 all_fastdebug: fastdebug1 docs export_fastdebug 14 all_debug: jvmg1 docs export_debug 15 endif 16 all_optimized: optimized optimized1 optimizedkernel docs export_optimized 17 allzero: all_productzero all_fastdebugzero 18 all_productzero: productzero docs export_product 19 all_fastdebugzero: fastdebugzero docs export_fastdebug 20 all_debugzero: jvmgzero docs export_debug 21 all_optimizedzero: optimizedzero docs export_optimized 22 allshark: all_productshark all_fastdebugshark 23 all_productshark: productshark docs export_product 24 all_fastdebugshark: fastdebugshark docs export_fastdebug 25 all_debugshark: jvmgshark docs export_debug 26 all_optimizedshark: optimizedshark docs export_optimized在清单1-9中，我们在make命令后传递参数“jvmg jvmg1”，表示选择编译debug级别的目标。这样待编译成功后，生成的libjvm库（HotSpot VM运行时库）中会包含丰富的调试信息，通过这些信息，调试器可以建立虚拟机运行时与源代码间的关联，为单步调试HotSpot做好准备。
执行清单1-9所示的编译脚本后，就可以启动HotSpot编译过程。如果一切顺利，待编译过程结束后，将在Hotspot目录下创建一个Build目录。Build目录是整个编译过程的工作空间，该目录下包含了最终的编译目标（参见清单1-10）。打开Build目录，可以见到一些新创建的目录，如清单1-11所示。
清单1-11
unix> cd build/ unix> ls hotspot_debug linux unix> cd hotspot_debug/ unix> ls linux_i486_compiler1 linux_i486_compiler2 unix> cd linux_i486_compiler1 unix> ls **debug fastdebug generated jvmg optimized product profiled shared_dirs.lst**``` 编译结束后，执行jvmg目录下可执行文件test_gamma，便可以检验整个编译过程是否成功。执行test_gamma后，如果能够在控制台看到类似图1-5所示的输出信息，就表示编译成功了。 <div style="text-align: center"><img src="https://yqfile.alicdn.com/237f5258cc5175b5959301fb4a10ebe575f38a25.png" width="" height=""> </div> 实际上，test_gamma也是一个脚本，其内容如清单1-12所示。 清单1-12 来源：test_gamma 描述：测试脚本1 #!/bin/sh2 # Generated by /home/chentao/hotspot-in-action/hotspot/make/linux/makefiles/ buildtree. make3 . ./env.sh4 if [ "" != "" ]; then { echo Cross compiling for ARCH , skipping gamma run.; exit 0; }; fi5 if [ -z $JAVA_HOME ]; then { echo JAVA_HOME must be set to run this test.; exit 0; }; fi6 if ! ${JAVA_HOME}/bin/java -d32 -fullversion 2>&1 > /dev/null7 then8 echo JAVA_HOME must point to 32bit JDK.; exit 0;9 fi10 rm -f Queens.class11 ${JAVA_HOME}/bin/javac -d . /home/chentao/hotspot-in-action/hotspot/make/test/ Queens. java12 [ -f gamma_g ] && { gamma=gamma_g; }13 ./${gamma:-gamma} -Xbatch -showversion Queens < /dev/null`在第3行中，执行env.sh准备执行环境。在第10行中，编译测试程序Queens.java。在第12和第13行中，最终是利用调试版启动器gamma，来启动测试程序Queens。Queens是一个求解N皇后问题的Java程序，图1-5便是运行Queens程序输出的结果。
编译过程中可能会遇到一些问题，下面列出几个常见错误及其解决办法，供读者参考。
在我们下载的HotSpot源代码中，默认支持的Linux内核最高版本为2.6，而我们所用的发行版很有可能采用了高于此版本的Linux内核。例如，笔者所用的Ubuntu12的内核是3.5（可通过uname -r命令查看自己内核版本）。如果不进行一些调整的话，编译HotSpot时可能会遇到如下报错：
"*** This OS is not supported:" 'uname –a'; exit 1;``` 如果遇到这个问题，可以在这个文件中找到解决办法：hotspot/make/linux/Makefile。在Makefile文件中，定位到包含字符串“SUPPORTED_OS_VERSION”的代码，并在该行末尾增加“3.5%”，这样就可以使HotSpot支持我们实际使用的内核版本，调整后的代码如下：SUPPORTED_OS_VERSION = 2.4% 2.5% 2.6% 2.7% 3.5%
另一种调整方法是绕过验证操作系统版本的步骤。如清单1-13所示的定位到包含字符串“check_os_version”的代码，将其删除或者注释掉便可。 清单1-13 来源：hotspot/make/linux/Makefile 描述：验证OS版本check_os_version:
cdefs.h中定义的宏“LEAF”与interfaceSupport.hpp冲突。可以在interfaceSupport.hpp中增加一个“#undef LEAF”语句来解决冲突，具体代码如清单1-14所示。
清单1-14来源：hotspot/src/share/vm/runtime/interfaceSupport.hpp描述：预定义宏__LEAF
// LEAF routines do not lock, GC or throw exceptions **#ifdef __LEAF** **#undef __LEAF** #define __LEAF(result_type, header) \ TRACE_CALL(result_type, header) \ debug_only(NoHandleMark __hm;) \ /* begin of body */ #endif``` ####3．GCC版本过高导致的问题 有时，编译器的版本也可能引起编译失败。例如，清单1-15描述了一个GCC版本过高引起的问题。 清单1-15Linking vm.../usr/bin/ld: cannot find -lstdc++collect2: error: ld returned 1 exit statusln: failed to create symbolic link 'libjvm_g.so': File existsln: failed to create symbolic link 'libjvm_g.so.1': File exists
GCC链接工具ld返回的错误信息显示：无法找到“-lstdc++”这个链接选项。这是由于GCC版本过高不支持“lstdc++”选项导致的错误。解决办法是把Makefile中的“lstdc++”选项去掉并重新尝试编译。