go实现java虚拟机02
上一篇通过flag包实现了命令行参数的解析，其实就是将输入的参数保存到一个结构体中，上一篇说过的例如java -classpath hello.jar helloworld这种命令，那么helloworld这个类是怎么找出来的呢？是直接在hello.jar中去找吗？
还记得java的类加载机制吗？有个叫做双亲委托机制，就比如我们自己定义一个string类为什么没用呢？虽然说编译时可以通过的，但是在运行的时候却会报错，如下所示，为什么提示string类中没有main方法呢，明明我就写了呀！其实是在类加载的时候，首先会把string类交给启动类加载器加载，也就是在jdk中jre/lib目录下去找；没有的话就使用扩展类加载器去加载，也就是在jdk中jre/lib/ext中去加载，最后才是我们用户的类路径下找，默认是当前路径，也可以通过-classpath命令指定用户类路径；
而string类很明显在启动类路径下rt.jar包中，所以加载当的是官方的string类，当然没有main方法啦！
再回到最开始的问题，例如java -classpath hello.jar helloworld这种命令，helloworld这个类在哪里找，现在就很清楚了，现在jdk下jre/lib中找，找不到就到jre/lib/ext中找，还找不到就在-classpath指定的路径中找，下面就用go代码实现一下，文件目录如下，这次的目录是ch02，基于上一篇的ch01实现，classpath是一个目录，cmd.go和main.go是文件
一.命令行添加jre路径
为了可以更好的指定jre路径，我们命令行中添加一个参数-xjre，例如ch2 -xjre “d:\java\jdk8” java.lang.string，如果命令行中没有指定-xjre参数，那么就去你计算机环境变量中获取java_home了，这就不多说了，所以我们要把cmd.go这里结构体做一个修改，以及对应的解析也添加一个，不多说；
cmd.go
package main
import (
"flag"
"fmt"
"os"
)
//这个结构体用保存命令行输入的参数，例如：.\ch02.exe -xjre "d:\java\jdk8\jre" java.lang.object
type cmd struct {
helpflag bool
versionflag bool
cpoption string
xjreoption string
class string
args []string
}
//命令行输入 .\ch02.exe -xjre "d:\java\jdk8\jre" java.lang.object
func parsecmd() *cmd {
cmd := &cmd{}
//这里的意思就是如果解析失败的话，就调用printusage函数
flag.usage = printusage
//下面这些在控制台中表示的是-xxx，要匹配上，没有匹配上就报错
//匹配上了的话，在-xxx后面的都是【表情】属于参数，其中第一个表示的是类名，后面的都是其他的参数
flag.boolvar(&cmd.helpflag, "help", false, "print help message")
flag.boolvar(&cmd.versionflag, "version", false, "print version and exit")
flag.stringvar(&cmd.cpoption, "classpath", "", "classpath")
//解析jre类路径
flag.stringvar(&cmd.xjreoption, "xjre", "", "path to jre")
flag.parse()
args := flag.args()
//解析成功的话，那就继续获取后面的参数
if len(args) > 0 {
cmd.class = args[0]
cmd.args = args[1:]
}
return cmd
}
//这里传进去的参数，解析错误的话就显示第一个参数的提示信息
func printusage() {
fmt.printf("usage:%s [-options] class [args]\n", os.args[0])
}
二.定义类路径接口
在classpath目录下定义entry接口，这个接口是找到制指定class文件的入口，这个接口很重要，根据-classpath后面实际上传进去的路径，可以判断应该获取哪个实例去该路径下读取class字节码文件；其中有四种类型的结构体：compositeentry，wildcardentry，zipentry和direntry，这四种结构体都要实现entry接口，我们先别在意这四种是怎么实现的，假设已经实现好了，我们直接拿来用；
package classpath
import (
"os"
"strings"
)
//这里存放类路径的分隔符，这里是分号，因为-classpath命令行中后面可以指定多个目录名称，用分号分隔
const pathlistseparator = string(os.pathlistseparator)
type entry interface {
//这个接口用于寻找和加载class文件
//classname是类的相对路径，斜线分隔，以.class文件结尾，比如要读取java.lang.object，应该传入java/lang/object.class
//返回的数据有该class文件的字节数组
readclass(classname string) ([]byte, entry, error)
//相当于java中的tostring方法
string() string
}
//根据参数不同创建不同类型的entry
func newentry(path string) entry {
//如果有多个类以分号的形式传进来，就实例化compositeentry这个entry
//例如java -classpath path\to\classes;lib\a.jar;lib\b.jar;lib\c.zip ...这种路径形式
if strings.contains(path, pathlistseparator) {
return newcompositeentry(path)
}
//传进去的类全路径path字符串是以*号结尾
//例如java -classpath lib\*...
if strings.hassuffix(path, "*") {
return newwildcardentry(path)
}
//传进去的类的全路径名是以jar，jar，zip，zip结尾的字符串
//例如java -classpath hello.jar ... 或者 java -classpath hello.zip ...
if strings.hassuffix(path, ".jar") || strings.hassuffix(path, ".jar") ||
strings.hassuffix(path, ".zip") || strings.hassuffix(path, ".zip") {
return newzipentry(path)
}
//这种就是该java文件在当前目录下
return newdirentry(path)
}
三.实现双亲委托机制
上面是定义好了具体的针对不同路径进行解析的结构体，下面我们就实现双亲委托机制就行了，其实比较容易，大概的逻辑就是：例如命令行输入的是.\ch02.exe -xjre "d:\java\jdk8\jre" java.lang.object，那么首先会判断我们提供的jre目录"d:\java\jdk8\jre"是否存在，不存在的话就获取环境变量的jre，反正就是获取jre路径；
然后就是获取jre下的lib/*和lib/ext/*，将这两个目录分别实例化两个entry实例（其实每一种entry实例就是对每一种不同路径下的文件进行io流读取），分别对应着启动类路径和扩展类路径；最后就是判断有没有提供-classpath参数，没有提供的话就默认当前目录下所有文件对于这用户类路径
package classpath
import (
"os"
"path/filepath"
)
//三种类路径对应的entry
type classpath struct {
//启动类路径
bootclasspath entry
//扩展类路径
extclasspath entry
//用户自定义的类路径
userclasspath entry
}
//jreoption这个参数用于读取启动类和扩展类
//cpoption这个参数用于解析用户类
//命令行输入 .\ch02.exe -xjre "d:\java\jdk8\jre" java.lang.object
func parse(jreoption string, cpoption string) *classpath {
cp := &classpath{}
//解析启动类路径和扩展类路径
cp.parsebootandclasspath(jreoption)
cp.parseuserclasspath(cpoption)
return cp
}
//拼接启动类和扩展类的的路径，然后实例化对应的entry
func (this *classpath) parsebootandclasspath(jreoption string) {
//这里就是判断这个jre路径是否存在，不存在就在环境变量中获取java_homr变量+jre
//总之就是想尽办法获取jdk下的jre文件夹全路径
jredir := getjredir(jreoption)
//由于找到了jdk下的jre文件夹，那么下一步就是找到启动类和扩展类所在的目录
//拼接路径：jre/lib/*
jrelibpath := filepath.join(jredir, "lib", "*")
this.bootclasspath = newwildcardentry(jrelibpath)
//拼接路径：jre/lib/ext/*
jreextpath := filepath.join(jredir, "lib", "ext", "*")
this.extclasspath = newwildcardentry(jreextpath)
}
//这个函数就是获取正确的jre文件夹，注意jreoption是绝对路径哦
func getjredir(jreoption string) string {
//传进来的文件路径存在的话，那就返回
if jreoption != "" && exists(jreoption) {
return jreoption
}
//传进来的路径不存在，那么判断当前路径下是否有jre文件夹
if exists("./jre") {
return "./jre"
}
//当前路径不存在，当前路径下也没有jre文件夹，那么就直接获取jdk下的jre全路径
if jh := os.getenv("java_home"); jh != "" {
return filepath.join(jh, "jre")
}
//都没有的话就抛出没有这个文件夹
panic("can not find jre folder ")
}
//判断一个目录是否存在，存在的话就返回true，不存在就返回false
func exists(jreoption string) bool {
if _, err := os.stat(jreoption); err != nil {
if os.isnotexist(err) {
return false
}
}
return true
}
//加载用户类，如果-classpath的参数为空，那么就默认当前路径为用户类所在的路径
func (this *classpath) parseuserclasspath(cpoption string) {
if cpoption == "" {
cpoption = "."
}
this.userclasspath = newentry(cpoption)
}
//此方法可以看到实现了双亲委托机制
//在jdk中遍历启动类，扩展类和用户定义的类,这个readclass是个公开方法，在其他包中可以调用
func (this *classpath) readclass(classname string) ([]byte, entry, error) {
classname = classname + ".class"
if data, entry, err := this.bootclasspath.readclass(classname); err == nil {
return data, entry, err
}
if data, entry, err := this.extclasspath.readclass(classname); err == nil {
return data, entry, err
}
return this.userclasspath.readclass(classname)
}
func (this *classpath) string() string {
return this.userclasspath.string()
}
四.修改main.go文件
之前这里startjvm函数就是随便打印了一行数据，现在我们就可以调用上面的parse方法，根据命令行传入的jre和类，根据双亲委托机制在jre(注意，这里指定的jre路径不存在的话就会获取环境变量中的jre)中找指定的类，加载该类的class字节码文件到内存中，然后给打印出来；
package main
import (
"firstgoprj0114/jvmgo/ch02/classpath"
"fmt"
"strings"
)
//命令行输入 .\ch02.exe -xjre "d:\java\jdk8\jre" java.lang.object
func main() {
cmd := parsecmd()
if cmd.versionflag {
fmt.println("version 1.0.0")
} else if cmd.helpflag || cmd.class == "" {
printusage()
} else {
startjvm(cmd)
}
}
//主要是修改这个函数
func startjvm(cmd *cmd) {
//传入jdk中的jre全路径和类名，就会去里面lib中去找或者lib/ext中去找对应的类
//命令行输入 .\ch02.exe -xjre "d:\java\jdk8\jre" java.lang.object
cp := classpath.parse(cmd.xjreoption, cmd.cpoption)
fmt.printf("classpath:%v class:%v args:%v\n", cp, cmd.class, cmd.args)
//将全类名中的.转为/,以目录的形式去读取class文件，例如上面的java.lang.object就变成了java/lang/object
classname := strings.replace(cmd.class, ".", "/", -1)
//去读取指定类的时候，会有一个顺序，首先去启动需要的类中尝试去加载，然后再到扩展类目录下去加载，最后就是到用户定义的目录加载
//其中用户定义的目录，可以有很多中方式，可以指定是.zip方式,也可以是.jar方式
classdata, _, err := cp.readclass(classname)
if err != nil {
fmt.printf("could not find or load mian class %s\n", cmd.class)
return
}
fmt.printf("class data:%v\n", classdata)
}
5.entry接口的实现类
为什么这个放到最后再说呢？因为这个我感觉不是最核心的吧，把前面基本的逻辑弄清楚了，然后就是对几种不同路径的文件进行查找然后读取；
前面说过，我们传进去的-classpath后面的参数可以有很多种，例如：
//对应direntry java -classpath path\to\service helloworld //对应wildcardentry java -classpath path\to\* helloworld //对应zipentry java -classpath path\to\lib2.zip helloworld
java -classpath path\to\hello.jar helloworld //由于可以有多个路径，对应compositeentry java -classpath path\to\classes\*;lib\a.jar;lib\b.jar;lib\c.zip helloworld
5.1 direntry
这个是最容易的，该结构体中只是存了一个绝对路径
package classpath
import (
"io/ioutil"
"path/filepath"
)
//结构体相当于类，newdirentry相当于构造方法，下面的readclass和string就是实现接口的方法
type direntry struct {
//这里用于存放绝对路径
absstring string
}
//返回一个direntry实例
func newdirentry(path string) *direntry {
//将参数转为绝对路径,如果是在命令行中使用，那么就会非常精确到当前文件父文件+当前文件
//如果是在编辑器中使用，那么在这里就是当前只会到当前项目路径+文件路径
absdir, err := filepath.abs(path)
if err != nil {
panic(err) //终止程序运行
}
return &direntry{absstring: absdir}
}
//direntry实现了entry的readclass方法，拼接class字节码文件的绝对路径，然后用ioutil包中提供的readfile函数去读取
func (self *direntry) readclass(classname string) ([]byte, entry, error) {
filename := filepath.join(self.absstring, classname)
data, err := ioutil.readfile(filename)
return data, self, err
}
//也实现了entry的string方法
func (self *direntry) string() string {
return self.absstring
}
5.2 zipentry
这个比较容易，因为zip压缩包中可以有多个文件，所以只是遍历，比较文件名就行了
package classpath
import (
"archive/zip"
"errors"
"io/ioutil"
"path/filepath"
)
//里面也是存了一个绝对路径
type zipentry struct {
abspath string
}
//构造函数
func newzipentry(path string) *zipentry {
abs, err := filepath.abs(path)
if err != nil {
panic(err)
}
return &zipentry{abspath: abs}
}
//从zip包中解析class文件，这里比较关键
func (self *zipentry) readclass(classname string) ([]byte, entry, error) {
//go中专门有个zip包读取zip类型的文件
reader, err := zip.openreader(self.abspath)
if err != nil {
return nil, nil, err
}
//这个关键字后面的方法是在当前readclass方法执行完之后就会执行
defer reader.close()
//遍历zip包中的文件名有没有和命令行中提供的一样
for _, f := range reader.file {
if f.name == classname {
rc, err := f.open()
if err != nil {
return nil, nil, err
}
//defer关键字是用于关闭已打开的文件
defer rc.close()
data, err := ioutil.readall(rc)
if err != nil {
return nil, nil, err
}
return data, self, nil
}
}
return nil, nil, errors.new("class not found:" + classname)
}
//实现接口的string方法
func (self *zipentry) string() string {
return self.abspath
}
5.3 compositeentry
注意，这是对应多个路径的情况啊！
package classpath
import (
"errors"
"strings"
)
//注意，这是一个[]entry类型哦，因为这种entry可以对应的命令行中是多个路径的
//多个路径是用分号分隔的，于是我们就用分号分割成多个路径，每一个都可以实例化一个entry
//我们把实例化的entry都放到这个切片中存着
type compositeentry []entry
func newcompositeentry(pathlist string) compositeentry {
compositeentry := []entry{}
for _, path := range strings.split(pathlist, pathlistseparator) {
entry := newentry(path)
compositeentry = append(compositeentry, entry)
}
return compositeentry
}
//由于有多个entry，我们就遍历一下，调用每一个entry的readclass方法
func (self compositeentry) readclass(classname string) ([]byte, entry, error) {
for _, entry := range self {
data, from, err := entry.readclass(classname)
if err == nil {
return data, from, nil
}
}
return nil, nil, errors.new("class not found: " + classname)
}
func (self compositeentry) string() string {
strs := make([]string, len(self))
for i, entry := range self {
strs[i] = entry.string()
}
return strings.join(strs, pathlistseparator)
}
5.4 wildcardentry
这种对应的是带有通配符*的路径，其实这种也是一种compositeentry；
package classpath
import (
"os"
"path/filepath"
"strings"
)
func newwildcardentry(path string) compositeentry {
//移除路径最后的*
basedir := path[:len(path)-1] // remove *
//其实这种entry就是compositeentry
compositeentry := compositeentry{}
//一个函数，下面就是把函数作为参数传递，这种用法还不是很熟悉，不过我感觉就是跟jdk8中传lambda
//可以作为参数是一样的吧
walkfn := func(path string, info os.fileinfo, err error) error {
if err != nil {
return err
}
//跳过子目录，说明带有通配符*下的子目录中的jar包是不能被搜索到的
if info.isdir() && path != basedir {
return filepath.skipdir
}
//如果是jar包文件，就实例化zipentry，然后添加到compositeentry里面去
if strings.hassuffix(path, ".jar") || strings.hassuffix(path, ".jar") {
jarentry := newzipentry(path)
compositeentry = append(compositeentry, jarentry)
}
return nil
}
//这个函数就是遍历basedir中所有文件
filepath.walk(basedir, walkfn)
return compositeentry
}
六.测试
其实这样就差不多了，根据命令行中输入的命令，利用双亲委托机制，在指定的jre(或者环境变量的jre)中找指定的类，没有的话就在用户当前目录中找，找到字节码文件之后就读取该文件，最终目录如下：
就比如我们要输出jdk8中的object类的字节码文件，我们首先要根据上一篇我们说的方式进行go install一下，就会在workspace下的bin目录下有个ch02.exe可执行文件，也可以不指定-xjre参数，都可以得到相同的结果；
也可以测试前面自己压缩成的jar包，注意，指定jar包的全路径啊！
至于上面那些数字什么，这就是字节码文件，每一个字节码文件的格式都是几乎一样的，就是魔数，次版本号，主版本号，线程池大小，线程池等等组成，很容易的！下一篇再说怎么解析这个字节码文件。。。
上一篇： CSS实现鼠标滑过卡片上浮效果的示例