尝试写一个jvm吧（二）

今天清明节，刚好放假更新第二章，就是读取字节码文件。一个更舒适的UI：https://www.mdnice.com/writing/d1c0dc8c7bbc4ef3bf5f5a2ae3e10f97 前面两节都比较简单，分别是命令行操作和读取class文件，从第三节开始估计进度会慢一些和复杂一点点，要开始写运行时和解析class文件了~

首先，我们还是通过命令行来进行操作，所以首先在command.rs文件中加入以下指令

command结构体

#[derive(Debug)]
pub struct Command {
    pub help_flag: bool,
    pub version_flag: bool,
    pub info_flag: bool,
    pub cp_option: String,
    pub x_jre_option: String,
    pub class: String,
    pub args: Vec<String>,
}

命令行操作命令

opts.optopt("", "classpath", "Specify the classpath", "classpath");
opts.optopt("", "cp", "Specify the classpath", "classpath");
opts.optopt("", "Xjre", "Path to jre", "jre");

对命令进行解析

match matches.opt_str("classpath") {
    Some(classpath) => {
        command.cp_option = classpath;
    },
    None => {
        match matches.opt_str("cp") {
            Some(cp) => {
                command.cp_option = cp;
            },
            None => {}
        }
    }
}

match matches.opt_str("Xjre") {
    Some(x_jre_option) => {
        command.x_jre_option = x_jre_option;
    },
    None => {}
}

// 未定义的参数放在 free Vec 中
if !matches.free.is_empty() {
    command.class = matches.free[0].clone();
    command.args = matches.free[1..].to_vec();
}

上面就是命令行解析的内容了，命令行解析完后，我们要通过读取的命令解析执行对应的步骤，比如我输入下面的命令

java -classpath xxx/xx/xxx/xx java.lang.Object

就应该可以读取Objecgt的文件数据，不过肯定是二进制格式的，所以需要定义一个读取classpath的包。当前就暂且叫做classpath

这儿我们还是先引入一些必要依赖

Cargo.toml文件

mockall = "0.11.3"
zip = {version = "0.6.4", default-features = false, features = ["deflate"]}
tokio = {version = "1.26.0",  features = ["full"]}

mockall 是用来写单测的，好的开发者应该对于每一个module的开发都有完善的单测验证自己的逻辑
zip是压缩包，用于读取类似.jar 或者 .zip 或者 .war 或者 .rar 等文件，可能更多的是jar包，不过我们把其他压缩包也考虑进去
tokio 是用来实现一个自定义线程池，可以实现IPC高性能通信那种，当然这个是一个优化点，后续会考虑慢慢实现，不做也不影响整个项目的开发

首先是项目结构，目前我们考虑有通过绝对路径去获取class文件的，也有通过xx/*等方式获取的，也有.jar的压缩文件，也有读取多个文件的，所以我们定义四个rs文件来区分它们

alt

classpath 中需要定义两个重要的方法分别是 parse() 和 read_class(), 但是考虑到读取class是一个通用的方法，需要读取不同种类的文件，所以就准备定义成一个trait来使用

::: block-1

这儿说的trait，用java和go的看法来说，就是接口，不过在rust中叫特征。 :::

所以我们定义一个公共的Entry，作为trait的入口

entry.rs

/// 目前有这么几种文件对象
/// -classpath file => 目录形式的类路径 entry_dir.rs
/// -classpath file1.jar:file2.jar:file3.jar  => 多个文件对象组成的类路径 entry_multiple.rs
/// -classpath file/*  => 以*结尾的路径 entry_wildcard.rs
/// -classpath file.jar => 压缩文件路径 entry_compression.rs
pub trait Entry: fmt::Display {
    fn read_class(&mut self, class_name: &str) -> Result<Vec<u8>, String>;
}

同时在classpath中定义我们之前说好的两个方法，分别作解析和读取文件数据。

classpath.rs

impl Classpath {
    pub fn parse(jre_option: &str, cp_option: &str) -> Self {
    // 加载 boot_classpath
    // 加载 ext_classpath
    // 加载 user_classpath   
    todo!()
    }
}

impl Entry for Classpath {
    /// 读取class数据，从boot_classpath 
    /// 到 ext_classpath 到 user_classpath
    fn read_class(&mut self, class_name: &str) -> Result<Vec<u8>, String> {
   
        todo!()
    }
}

boot_classpath: jvm自带类库，包含JavaSE核心类库，jvm启动时必用路径，包含jre/lib/lib/rt.jar 和 jre/lib/ext 中的jar包
ext_classpath: jvm扩展路径，用于加载开发者自己编写的扩展类库
user_classpath: 用户自定义路径，用于加载用户自己编写的java类

最后就是main方法的启动，在一开始我们最后是start_jvm()方法来进行启动的，所以我们也把解析class和读取class的操作放在这个方法中

main.rs

fn start_jvm(cmd: Command) {
    info!("[WELCOME USE THIS JVM, It's named azh after my girlfriend, thanks]");
    let mut classpath = Classpath::parse(&cmd.x_jre_option, &cmd.cp_option);

    info!("classpath: {} class: {} args: {:?}", classpath, cmd.class, cmd.args);

    let class_name = cmd.class.replace(".", "/");
    let class_data = match classpath.read_class(&class_name) {
        Ok(class_data) => class_data,
        Err(err) => { panic!("Could not find or load main class {}: {}", cmd.class, err); },
    };
    info!("class data: {:?}", class_data)
}

上面就是整个大体步骤，整体脉络就是两步骤，解析classpath，读取class文件，下一章会具体介绍jar、j*、(jar1,jar2)等文件的具体的parse方法和三种类路径的parse方法。

可以自己先写一下试试，对于单个class文件应该不难，就是从中读取二进制数据而已。

::: block-2

之前说的线程池，主要是想实现一个IPC高性能的缓存buffer，其中尽量通过Arc等指令和避免Box来做到无锁和不操作堆内存来达到高性能，不过目前还在构思当中，当前缓存的方案是想实现HotRing论文，可惜这个数据结构并不是那么容易实现，而且对于Rust写链表，相信学过的人都知道，这算是一个劝退题了~ :::

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