JNI 中错误的信号处理导致 JVM 崩溃问题分析

编者按：JNI 是 Java 和 C 语言交互的主要手段，要想做好 JNI 的编程并不容易，需要了解 JVM 内部机理才能避免一些错误。本文分析 Cassandra 使用 JNI 本地库导致 JVM 崩溃的一个案例，最后定位问题根源是信号的错误处理（一些 C 编程人员经常会截获信号，做一些额外的处理），该案例提示 JNI 编程时不要随意截获信号处理。

现象

在使用 Cassandra 时遇到运行时多个位置都有发生 crash 现象，并且没有 hs_err 文件生成，这里列举了其中一个 crash 位置：

分析

首先直接基于上面这个 crash 的 core 文件展开分析，下面分别是对应源码上下文和指令上下文：

使用 GDB 调试对应的 core 文件，如下图所示：

在 GDB 中进行单步调试（GDB 调试可以参考官方文档），配合源代码发现 crash 的原因是传入的 name 为 null，导致调用 name.split("/_") 时触发了 SIGSEGV 信号，直接 crash。暂时抛开这个方法传入 name 为 null 是否有问题不论，从 JVM 运行的机制来说，这里有个疑问，遇到一个 Null Pointer 为什么不是抛出 Null Pointer Exception（简称 NPE）而是直接 crash 了呢？

这里有一个知识需要普及一下：Java 层面的 NPE 主要分为两类，一类是代码中主动抛出 NPE 异常，并被 JVM 捕获 （这里的代码既可以是 Java 代码，也可以是 JVM 内部代码）；另一类隐式 NPE（其原理是 JVM 内部遇到空指针访问，会产生 SIGSEGV 信号， 在 JVM 内部还会检查运行时是否存在 SIGSEGV 信号）。

带着上面的疑问，又看了几处其他位置的 crash，发现都是因为对象为 null 导致的 SIGSEGV，却都没有抛出 NPE，而是直接 crash 了，再结合都没有 hs_err 文件生成的现象， hs_err 文件生成功能位于 JVM 的 SIGSEGV 信号处理函数中，代码如下：

由于 hs_err 文件没有产生，一个很自然的推断：Cassandra 运行中可能篡改了或者捕获了 SIGSEGV 信号，并且可能做了处理，以至于 JVM 无法正常处理 SIGSEGV 信号。

然后排查业务方是否在 Cassandra 中用到了自定义的第三方 native 库，果然笔者所猜测的，有两个 native 库里都对 SIGSEGV 信号做了捕获，注释掉这些代码后重新跑对方的业务，crash 现象不再发生，问题（由于 Cassandra 中对 NPE 有异常处理导致 JVM 崩溃）解决。

总结

C/C++ 的组件在配合 Java 一起使用时，需要注意的一点就是不要随意去捕获系统信号，特别是 SIGSEGV、SIGILL、SIGBUS 等，因为会覆盖掉 JVM 中的信号捕获逻辑。附录 这里贴一个 demo 可以用来复现 SIGSEGV 信号覆盖造成的后果，有兴趣的可以跑一下：

// 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);//如果注释这条语句，在运行时会出现 NullPointerExcetpion 异常
return JNI_VERSION_1_8;
}

通过 GCC 编译并执行就可以触发相同的问题，编译执行命令如下：

$ 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

后记

如果遇到相关技术问题（包括不限于毕昇 JDK），可以进入毕昇 JDK 社区查找相关资源（点击原文进入官网），包括二进制下载、代码仓库、使用教学、安装、学习资料等。毕昇 JDK 社区每双周周二举行技术例会，同时有一个技术交流群讨论 GCC、LLVM、JDK 和 V8 等相关编译技术，感兴趣的同学可以添加如下微信小助手，回复 Compiler 入群。