JNI 中錯誤的訊號處理導致 JVM 崩潰問題分析

編者按：JNI 是 Java 和 C 語言互動的主要手段，要想做好 JNI 的程式設計並不容易，需要了解 JVM 內部機理才能避免一些錯誤。本文分析 Cassandra 使用 JNI 本地庫導致 JVM 崩潰的一個案例，最後定位問題根源是訊號的錯誤處理（一些 C 程式設計人員經常會截獲訊號，做一些額外的處理），該案例提示 JNI 程式設計時不要隨意截獲訊號處理。

現象

在使用 Cassandra 時遇到執行時多個位置都有發生 crash 現象，並且沒有 hs_err 檔案生成，這裡列舉了其中一個 crash 位置：

分析

首先直接基於上面這個 crash 的 core 檔案展開分析，下面分別是對應原始碼上下文和指令上下文：

使用 GDB 除錯對應的 core 檔案，如下圖所示：

在 GDB 中進行單步除錯（GDB 除錯可以參考官方文件），配合原始碼發現 crash 的原因是傳入的 name 為 null，導致呼叫 name.split("\_") 時觸發了 SIGSEGV 訊號，直接 crash。暫時拋開這個方法傳入 name 為 null 是否有問題不論，從 JVM 執行的機制來說，這裡有個疑問，遇到一個 Null Pointer 為什麼不是丟擲 Null Pointer Exception（簡稱 NPE）而是直接 crash 了呢？

這裡有一個知識需要普及一下：Java 層面的 NPE 主要分為兩類，一類是程式碼中主動丟擲 NPE 異常，並被 JVM 捕獲 （這裡的程式碼既可以是 Java 程式碼，也可以是 JVM 內部程式碼）；另一類隱式 NPE（其原理是 JVM 內部遇到空指標訪問，會產生 SIGSEGV 訊號， 在 JVM 內部還會檢查執行時是否存在 SIGSEGV 訊號）。

帶著上面的疑問，又看了幾處其他位置的 crash，發現都是因為物件為 null 導致的 SIGSEGV，卻都沒有丟擲 NPE，而是直接 crash 了，再結合都沒有 hs_err 檔案生成的現象， hs_err 檔案生成功能位於 JVM 的 SIGSEGV 訊號處理函式中，程式碼如下：

由於 hs_err 檔案沒有產生，一個很自然的推斷：Cassandra 執行中可能篡改了或者捕獲了 SIGSEGV 訊號，並且可能做了處理，以至於 JVM 無法正常處理 SIGSEGV 訊號。

然後排查業務方是否在 Cassandra 中用到了自定義的第三方 native 庫，果然筆者所猜測的，有兩個 native 庫裡都對 SIGSEGV 訊號做了捕獲，註釋掉這些程式碼後重新跑對方的業務，crash 現象不再發生，問題（由於 Cassandra 中對 NPE 有異常處理導致 JVM 崩潰）解決。

總結

C/C++ 的元件在配合 Java 一起使用時，需要注意的一點就是不要隨意去捕獲系統訊號，特別是 SIGSEGV、SIGILL、SIGBUS 等，因為會覆蓋掉 JVM 中的訊號捕獲邏輯。附錄 這裡貼一個 demo 可以用來複現 SIGSEGV 訊號覆蓋造成的後果，有興趣的可以跑一下：

// JNITest.java
import java.util.UUID;
public class JNITest {
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.loadLibrary("JNITest");
UUID.fromString(null);
}
}

// JNITest.c
#include <signal.h>
#include <jni.h>

JNIEXPORT
jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM *jvm, void *reserved) {
signal(SIGSEGV, SIG_DFL);//如果註釋這條語句，在執行時會出現 NullPointerExcetpion 異常
return JNI_VERSION_1_8;
}

通過 GCC 編譯並執行就可以觸發相同的問題，編譯執行命令如下：

$ gcc -Wall -shared -fPIC JNITest.c -o libJNITest.so -I$JAVA_HOME/include -I$JAVA_HOME/include/linux
$ javac JNITest.java
\$ java -Xcomp -Djava.library.path=./ JNITest

後記

如果遇到相關技術問題（包括不限於畢昇 JDK），可以進入畢昇 JDK 社群查詢相關資源（點選原文進入官網），包括二進位制下載、程式碼倉庫、使用教學、安裝、學習資料等。畢昇 JDK 社群每雙週週二舉行技術例會，同時有一個技術交流群討論 GCC、LLVM、JDK 和 V8 等相關編譯技術，感興趣的同學可以新增如下微信小助手，回覆 Compiler 入群。