CN105653351A - java卡虚拟机的优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种java卡虚拟机的优化方法及系统，包括:下载java卡应用程序，该java卡应用程序为一个cap包，其中，cap包中包括组件component，用来索引组件的常量池组件constant？pool；在java卡应用程序的下载过程中，通过对cap包中的常量池组件进行遍历，再通过预操作获取引用信息所对应的目标信息；将引用信息所相应的目标信息以扩展的类型结构回填到常量池组件中；java卡应用程序解释器在运行态可以直接在常量池组件constant_pool中通过修改后的结构索引到目标信息。本发明不需要再经过原有方法进行大量内部跳转和外部遍历提高了java卡的运行效率。

Description

java卡虚拟机的优化方法及系统

技术领域

本发明涉及智能卡技术领域，特别涉及一种java卡虚拟机的优化方法及系统。

背景技术

Java卡是Sun微系统为智能卡开发平台而制定的一个开放的标准。使用Java卡平台创建的智能卡上存有Javaapplet(Application缩写)。在卡发行后也可以把applet加到卡上或修改卡上已有的applet。它们把数据存储在一个集成的微处理器芯片里，然后applet被下载到微处理器的非易失存储器里，由Java虚拟机来运行。

Java卡充分利用了Java语言的平台无关性，使得“一次编写，到处运行”的Java思想在智能卡上得以实现。相对于普通智能卡，Java卡有着平台无关性，一卡多用和重用，灵活性，安全性等特点。

但制约Java卡发展的一个很重要的方面问题其较低的执行效率，造成这种低效的原因除了受限于智能卡的硬件资源和Java语言的字节码解释执行机制，更主要的原因是JCVM(Java卡虚拟机)的应用存储结构和相关的机制严重影响到Java卡虚拟机的执行性能。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种java卡虚拟机的优化方法及系统，提高了java卡的运行效率，在不改变硬件设备的情况下，有效提升了java卡虚拟机的运行效率。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种java卡虚拟机的优化方法，包括如下步骤：

步骤S1，下载java卡应用程序，该java卡应用程序为一个cap包，其中，所述cap包中包括有多个用于虚拟机解析执行的组件component，以及用来索引所述component组件的常量池组件constantpool，所述常量池组件constant_pool包括对内部和外部应用操作数据的索引；

步骤S2，在java卡应用程序的下载过程中，通过对所述cap包中的常量池组件constant_pool进行遍历，以获取对组件的外部引用关系，作为引用信息，再通过预操作获取所述引用信息所对应的目标信息；

步骤S3，将引用信息所相应的目标信息以扩展的类型结构回填到所述常量池组件constant_pool中；

步骤S4，java卡应用程序解释器在运行态可以直接在所述常量池组件constant_pool中通过修改后的结构索引到目标信息。

进一步，在所述步骤S2中，所述引用信息包括：目标cap包引用信息、目标cap包的类、方法、属性引用信息。

进一步，在所述步骤S3中，

(1)当所述外部引用关系为方法信息时，将目标cap包引用信息、目标cap包的方法偏移量回填到constant_pool；

(2)外部引用关系为属性信息时，将目标cap包的对象引用信息、目标cap包关联静态对象的属性在静态对象中的偏移量回填到constant_pool；

(3)外部引用关系为类信息时，将目标cap包引用信息、目标cap包的类信息的偏移量回填到constant_pool。

根据本发明实施例的java卡虚拟机的优化方法，可以省去java卡应用程序在运行时为定位目标进行的大量内部跳转以及外部遍历等性能低下问题，直接定位到目标信息，提高了java卡的运行效率，在不改变硬件设备的情况下，有效提升了java卡虚拟机的运行效率。

本发明实施例还提出一种java卡虚拟机的优化系统，包括：下载模块，用于下载java卡应用程序，该java卡应用程序为一个cap包，其中，所述cap包中包括有多个用于虚拟机解析执行的组件component，以及用来索引所述component组件的常量池组件constantpool，所述常量池组件constant_pool包括对内部和外部应用操作数据的索引；遍历模块，所述遍历模块与所述下载模块相连，用于在所述下载模块下载java卡应用程序的过程中，通过对所述cap包中的常量池组件constant_pool进行遍历，以获取对组件的外部引用关系，作为引用信息；预操作模块，所述预操作模块与所述遍历模块相连，用于通过预操作获取所述引用信息所对应的目标信息；回填模块，所述回填模块与所述预操作模块相连，用于将引用信息所相应的目标信息以扩展的类型结构回填到所述常量池组件constant_pool中，则java卡应用程序解释器在运行态可以直接在所述常量池组件constant_pool中通过修改后的结构索引到目标信息。

进一步，所述引用信息包括：目标cap包引用信息、目标cap包的类、方法、属性引用信息。

进一步，(1)当所述外部引用关系为方法信息时，所述回填模块将目标cap包引用信息、目标cap包的方法偏移量回填到constant_pool；

(2)外部引用关系为属性信息时，所述回填模块将目标cap包的对象引用信息、目标cap包关联静态对象的属性在静态对象中的偏移量回填到constant_pool；

(3)外部引用关系为类信息时，所述回填模块将目标cap包引用信息、目标cap包的类信息的偏移量回填到constant_pool。

根据本发明实施例的java卡虚拟机的优化系统，可以省去java卡应用程序在运行时为定位目标进行的大量内部跳转以及外部遍历等性能低下问题，直接定位到目标信息，提高了java卡的运行效率，在不改变硬件设备的情况下，有效提升了java卡虚拟机的运行效率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的java卡虚拟机的优化方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的java卡虚拟机的优化系统的结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种java卡虚拟机的优化方法及系统，在应用下载的过程中对需要查询引用操作的import数据、class数据、field数据和staticmethod数据进行预判和定位，并修改应用内容和结构为对以上数据的直接引用。本发明基于Java卡对象的生命周期特点对Java虚拟机进行优化以满足Java卡业务对效率的要求，达到在执行过程中减少查询、遍历和跳转等操作，进而提高Java卡虚拟机的解析和运行效率。

如图1所示，本发明实施例的java卡虚拟机的优化方法，包括如下步骤：

步骤S1，下载java卡应用程序，该java卡应用程序为一个cap包。

具体地，每个java卡应用程序均是以cap包为单位，即一个java卡应用程序就是一个cap包。每个cap包中包括有多个用于虚拟机解析执行的组件component，以及用来索引component组件的常量池组件constantpool。常量池组件constant_pool包括对内部和外部应用操作数据的索引。

例如，在java卡内使用可实现空间动态管理的数据结构，堆(Heap)来管理可编程存储器，所有包和对象都存储在Heap中。其中，用来索引Heap中单元的引用定义为HEAPREF，指向Heap中包类型数据的HEAPREF定义为CAPREF，指向Heap中对象类型数据的HEAPREF定义为OBJREF，类引用CLAREF采用CAPREF和cap内部偏移索引类信息，方法引用MSTREF采用CAPREF和cap内部偏移索引类信息。每个对象都包含多个属性，每个属性都要占用一定存储空间，某一具体属性在对象空间的内部偏移定义为FLDOFF。常量池用来存储常量信息。

步骤S2，在java卡应用程序的下载过程中，通过对cap包中的常量池组件constant_pool进行遍历，以获取对组件的外部引用关系，作为引用信息，再通过预操作获取引用信息所对应的目标信息。

在本发明的一个实施例中，引用信息包括：目标cap包引用信息、目标cap包的类、方法、属性引用信息。

Java卡支持引用API或者已经下载的库类型的Java卡应用文件中的类，进行方法的调用或者属性的读写。具体来说，以调用引用的其它类的静态方法中定位包的过程为例，参照cap文件中的结构定义，流程如下：静态方法调用的字节码：invokestaticindex。

在COMPONENT_ConstantPool中，以index作为下标，获得constant_pool单元。对应constant_pool单元中，获取external_ref中的package_token单元。在COMPONENT_Import中，以package_token作为下标，获得package_info单元。在package_info单元中，获取引用package的AID。在Heap中遍历所有的cap文件，在目标cap文件的HeaderComponent组件中获取AID与引用AID比对，匹配的即为引用的目标cap文件，进而获取目标引用CAPREF。

在目标cap文件的ExportComponent中，根据classtoken和token获得对应的静态方法偏移static_method_offset。在目标cap文件的MethodComponent中，使用static_method_offset作为偏移即可获取对应的方法信息。

步骤S3，将引用信息所相应的目标信息以扩展的类型结构回填到常量池组件constant_pool中；

下面分别根据外部引用关系的不同类型，分别对回填方式进行说明：

(1)当外部引用关系为方法信息时，将目标cap包引用信息、目标cap包的方法偏移量回填到constant_pool。

具体的constant_pool修改包括：

修改为：

在预操作中定位引用包CAPREF以及方法偏移量，并回填常量池constant_pool。虚拟机使用新的结构不再需要跳转和遍历，可以直接索引到目标的方法信息。

(2)外部引用关系为属性信息时，将目标cap包的对象引用信息、目标cap包关联静态对象的属性在静态对象中的偏移量回填到constant_pool；

修改为：

在预操作中定位引用包所关联的静态对象OBJREF，以及属性在静态对象中的偏移量，回填至常量池组件constant_pool。虚拟机使用新的结构不再需要跳转和遍历，可以直接索引到目标的属性信息。

(3)外部引用关系为类信息时，将目标cap包引用信息、目标cap包的类信息的偏移量回填到constant_pool。

修改为：

在预操作中定位引用包CAPREF以及类信息的偏移量，并回填至常量池组件constant_pool。虚拟机使用新的结构不再需要跳转和遍历，可以直接索引到目标的类信息。

步骤S4，java卡应用程序解释器在运行态可以直接在常量池组件constant_pool中通过修改后的结构索引到目标信息。

根据本发明实施例的java卡虚拟机的优化方法，可以省去java卡应用程序在运行时为定位目标进行的大量内部跳转以及外部遍历等性能低下问题，直接定位到目标信息，提高了java卡的运行效率，在不改变硬件设备的情况下，有效提升了java卡虚拟机的运行效率。

如图2所示，本发明实施例的java卡虚拟机的优化系统，包括：下载模块1、遍历模块2、预操作模块3和回填模块4。

具体的，下载模块1用于下载java应用程序，该java卡应用程序为一个cap包。每个java卡应用程序均是以cap包为单位，即一个java卡应用程序就是一个cap包。每个cap包中包括有多个用于虚拟机解析执行的组件component，以及用来索引component组件的常量池组件constantpool。常量池组件constant_pool包括对内部和外部应用操作数据的索引。

例如，在java卡内使用可实现空间动态管理的数据结构，堆(Heap)来管理可编程存储器，所有包和对象都存储在Heap中。其中，用来索引Heap中单元的引用定义为HEAPREF，指向Heap中包类型数据的HEAPREF定义为CAPREF，指向Heap中对象类型数据的HEAPREF定义为OBJREF，类引用CLAREF采用CAPREF和cap内部偏移索引类信息，方法引用MSTREF采用CAPREF和cap内部偏移索引类信息。每个对象都包含多个属性，每个属性都要占用一定存储空间，某一具体属性在对象空间的内部偏移定义为FLDOFF。常量池用来存储常量信息。

遍历模块2与下载模块1相连，用于在下载模块1下载java卡应用程序的过程中，通过对cap包中的常量池组件constant_pool进行遍历，以获取对组件的外部引用关系，作为引用信息。

在本发明的一个实施例中，引用信息包括：目标cap包引用信息、目标cap包的类、方法、属性引用信息。

预操作模块3与遍历模块2相连，用于通过预操作获取引用信息所对应的目标信息。

回填模块4与预操作模块3相连，用于将引用信息所相应的目标信息以扩展的类型结构回填到常量池组件constant_pool中，则java卡应用程序解释器在运行态可以直接在常量池组件constant_pool中通过修改后的结构索引到目标信息。

Java卡支持引用API或者已经下载的库类型的Java卡应用文件中的类，进行方法的调用或者属性的读写。具体来说，以调用引用的其它类的静态方法中定位包的过程为例，参照cap文件中的结构定义，流程如下：静态方法调用的字节码：invokestaticindex。

在COMPONENT_ConstantPool中，以index作为下标，获得constant_pool单元。对应constant_pool单元中，获取external_ref中的package_token单元。在COMPONENT_Import中，以package_token作为下标，获得package_info单元。在package_info单元中，获取引用package的AID。在Heap中遍历所有的cap文件，在目标cap文件的HeaderComponent组件中获取AID与引用AID比对，匹配的即为引用的目标cap文件，进而获取目标引用CAPREF。

在目标cap文件的ExportComponent中，根据classtoken和token获得对应的静态方法偏移static_method_offset。在目标cap文件的MethodComponent中，使用static_method_offset作为偏移即可获取对应的方法信息。

(1)当外部引用关系为方法信息时，回填模块4将目标cap包引用信息、目标cap包的方法偏移量回填到constant_pool；

具体的constant_pool修改包括：

修改为：

在预操作中定位引用包CAPREF以及方法偏移量，并回填常量池constant_pool。虚拟机使用新的结构不再需要跳转和遍历，可以直接索引到目标的方法信息。

(2)外部引用关系为属性信息时，回填模块4将目标cap包的对象引用信息、目标cap包关联静态对象的属性在静态对象中的偏移量回填到constant_pool；

修改为：

在预操作中定位引用包所关联的静态对象OBJREF，以及属性在静态对象中的偏移量，回填至常量池组件constant_pool。虚拟机使用新的结构不再需要跳转和遍历，可以直接索引到目标的属性信息。

(3)外部引用关系为类信息时，回填模块4将目标cap包引用信息、目标cap包的类信息的偏移量回填到constant_pool。

修改为：

在预操作中定位引用包CAPREF以及类信息的偏移量，并回填至常量池组件constant_pool。虚拟机使用新的结构不再需要跳转和遍历，可以直接索引到目标的类信息。

根据本发明实施例的java卡虚拟机的优化系统，可以省去java卡应用程序在运行时为定位目标进行的大量内部跳转以及外部遍历等性能低下问题，直接定位到目标信息，提高了java卡的运行效率，在不改变硬件设备的情况下，有效提升了java卡虚拟机的运行效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (6)

1.一种java卡虚拟机的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，下载java卡应用程序，该java卡应用程序为一个cap包，其中，所述cap包中包括有多个用于虚拟机解析执行的组件component，以及用来索引所述component组件的常量池组件constantpool，所述常量池组件constant_pool包括对内部和外部应用操作数据的索引；

步骤S2，在java卡应用程序的下载过程中，通过对所述cap包中的常量池组件constant_pool进行遍历，以获取对组件的外部引用关系，作为引用信息，再通过预操作获取所述引用信息所对应的目标信息；

步骤S3，将引用信息所相应的目标信息以扩展的类型结构回填到所述常量池组件constant_pool中；

步骤S4，java卡应用程序解释器在运行态可以直接在所述常量池组件constant_pool中通过修改后的结构索引到目标信息。

2.如权利要求1所述的java卡虚拟机的优化方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述引用信息包括：目标cap包引用信息、目标cap包的类、方法、属性引用信息。

3.如权利要求2所述的java卡虚拟机的优化方法，其特征在于，在所述步骤S3中，

(1)当所述外部引用关系为方法信息时，将目标cap包引用信息、目标cap包的方法偏移量回填到constant_pool；

(2)外部引用关系为属性信息时，将目标cap包的对象引用信息、目标cap包关联静态对象的属性在静态对象中的偏移量回填到constant_pool；

(3)外部引用关系为类信息时，将目标cap包引用信息、目标cap包的类信息的偏移量回填到constant_pool。

4.一种java卡虚拟机的优化系统，其特征在于，包括：

下载模块，用于下载java卡应用程序，该java卡应用程序为一个cap包，其中，所述cap包中包括有多个用于虚拟机解析执行的组件component，以及用来索引所述component组件的常量池组件constantpool，所述常量池组件constant_pool包括对内部和外部应用操作数据的索引；

遍历模块，所述遍历模块与所述下载模块相连，用于在所述下载模块下载java卡应用程序的过程中，通过对所述cap包中的常量池组件constant_pool进行遍历，以获取对组件的外部引用关系，作为引用信息；

预操作模块，所述预操作模块与所述遍历模块相连，用于通过预操作获取所述引用信息所对应的目标信息；

回填模块，所述回填模块与所述预操作模块相连，用于将引用信息所相应的目标信息以扩展的类型结构回填到所述常量池组件constant_pool中，则java卡应用程序解释器在运行态可以直接在所述常量池组件constant_pool中通过修改后的结构索引到目标信息。

5.如权利要求4所述的java卡虚拟机的优化系统，其特征在于，所述引用信息包括：目标cap包引用信息、目标cap包的类、方法、属性引用信息。

6.如权利要求5所述的java卡虚拟机的优化系统，其特征在于，

(1)当所述外部引用关系为方法信息时，所述回填模块将目标cap包引用信息、目标cap包的方法偏移量回填到constant_pool；

(2)外部引用关系为属性信息时，所述回填模块将目标cap包的对象引用信息、目标cap包关联静态对象的属性在静态对象中的偏移量回填到constant_pool；

(3)外部引用关系为类信息时，所述回填模块将目标cap包引用信息、目标cap包的类信息的偏移量回填到constant_pool。