【GiraKoo】Java Native Interface(JNI)的空间(引用)管理

Java Native Interface(JNI)的空间(引用)管理

Java是通过垃圾回收机制回收内存,C/C++是通过malloc,free,new,delete手动管理空间。那么在JNI层,同时存在Java和C/C++的空间时,该如何进行空间的管理呢?本文参考Oracle的官方文档,对JNI层中空间的管理进行说明。明确哪些内容需要手动调用Delete,哪些不需要手动调用。

一、全局引用(Global References)

全局引用的生命周期(Lifetime),需要主动通过函数调用进行申请和释放。native函数执行完毕后,该空间可继续使用。

函数原型

// 创建全局引用
jobject NewGlobalRef(JNIEnv *env, jobject obj);  

// 删除全局引用
void DeleteGlobalRef(JNIEnv *env, jobject globalRef);

二、局部引用(Local References)

局部引用的生命周期(Lifetime),与调用的native函数一致。当native函数return时,局部引用将会被自动释放。该局部引用占用的空间是JVM的资源。

由于native函数用于存放局部引用的空间是固定的。如果过度的创建局部引用,不加以控制,可能会出现空间不足,程序抛出Out Of Memory(OOM)异常的问题。如果该局部引用已经使用完毕,应尽量手动调用DeleteLocalRef,提前释放空间,避免OOM。

函数原型

// 创建全局引用
jobject NewLocalRef(JNIEnv *env, jobject obj);  

// 删除全局引用
void DeleteLocalRef(JNIEnv *env, jobject localRef);

// 主动设置可创建的局部引用的数量
jint EnsureLocalCapacity(JNIEnv *env, jint capacity);

// 创建一个局部引用的帧,并指定可创建的局部引用的数量。
jint PushLocalFrame(JNIEnv *env, jint capacity);

// 释放当前局部引用的帧,释放全部本地引用。
// 可以通过参数result,将被PopLocalFrame释放的引用转移到上一层的局部引用帧中
jobject PopLocalFrame(JNIEnv *env, jobject result);

特殊说明

  1. 在JDK/JRE 1.1版本中,提供了DeleteLocalRef函数。
  2. 在JDK/JRE 1.2版本中,提供了EnsureLocalCapacityPushLocalFramePopLocalFrameNewLocalRef函数,支持更加复杂的局部引用生命周期能力。

三、弱全局引用(Weak Global Reference)

区别于全局引用(Global References),该引用并不会增加该引用的引用计数。

即持有弱全局引用,不会干预垃圾回收机制(GC)对于该内存的回收。适用于生命周期短的对象,持有生命周期长的引用。

全局引用可以通过jboolean IsSameObject(JNIEnv *env, jobject ref1, jobject ref2); 函数,参数为被判定对象和NULL来判断对象是否存在。如果返回JNI_TRUE判定该弱引用指向的对象是否已经被释放。

使用弱全局引用时,可能会出现执行一半,引用被GC回收的情况。所以需要在使用弱全局引用之前,提供NewLocalRef或者NewGlobalRef,将弱引用转换为强引用。确保GC不会对该空间进行回收。

四、常见问题

1、在native函数中,直接return一个jstring或者其他jobject,是否会有内存泄漏问题?

如果直接return的对象是局部引用(Local Reference),则不会发生内存泄漏问题。
局部引用在native函数执行完毕后,会根据局部引用表(Local Reference Table)进行空间的释放。
当然,手动执行DeleteLocalRef函数进行提前释放,也不会产生问题。

2、什么情况下可能会出现内存泄漏?

1)创建的全局引用(Global Reference),未调用Delete函数进行回收。导致该对象引用计数无法归零。
2)两个对象互相持有对方的强引用。例如A持有B引用,B和C互相持有对方的引用。当A释放B引用时,GC发现C依然持有B的引用,则不会释放B。与此同时,GC也发现B持有C的引用,则不会释放C。导致B和C与其他引用脱离,形成孤岛。这块内存将无法使用,也无法被释放。

3、调用NewString和NewStringUTF时,是否需要释放?

NewStringNewStringUTF函数创建的空间属于局部引用(Local Reference)。可以等待native函数执行完毕后自动回收,也可以在使用完毕(后续不会再访问)后,直接进行Delete释放。

但是需要注意,如果通过GetStringCharsGetStringCritical或者GetStringUTFChars获取了jstring中的char* 空间,则需要使用对应的ReleaseStringCharsReleaseStringCritical或者ReleaseStringUTFChars释放该char* 空间。

参考文章

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