Android开发之JNI内存模型

• Java 与JNI 内存管理是怎样的
  想要弄清楚Java与JNI的内存管理的关系，首先要弄清楚JVM的内存模型

JVM内存模型.png

其中本地方法栈就是运行时调用native 方法的数据保存区。

本地方法栈的大小可以设置成固定的或者是动态扩展。

• Java中的内存泄露

JAVA 编程中的内存泄漏，从泄漏的内存位置角度可以分为两种：JVM 中 Java Heap 的内存泄漏；JVM 内存中 native memory 的内存泄漏。

• Java Heap 的内存泄漏

  • Java 对象存储在 JVM 进程空间中的 Java Heap 中，Java Heap 可以在 JVM 运行过程中动态变化。如果 Java 对象越来越多，占据 Java Heap 的空间也越来越大，JVM 会在运行时扩充 Java Heap 的容量。如果 Java Heap 容量扩充到上限，并且在 GC 后仍然没有足够空间分配新的 Java 对象，便会抛出 out of memory 异常，导致 JVM 进程崩溃。
  • Java Heap 中 out of memory 异常的出现有两种原因：①程序过于庞大，致使过多 Java 对象的同时存在；②程序编写的错误导致 Java Heap 内存泄漏。多种原因可能导致 Java Heap 内存泄漏。JNI 编程错误也可能导致 Java Heap 的内存泄漏。

• JVM 中 native memory 的内存泄漏
  JVM 进程空间中，Java Heap 以外的内存空间称为 JVM 的 native memory。进程的很多资源都是存储在 JVM 的 native memory 中，例如载入的代码映像，线程的堆栈，线程的管理控制块，JVM 的静态数据、全局数据等等。也包括 JNI 程序中 native code 分配到的资源。

  JNI编程中的内存泄露

  • Native Code 本身的内存泄漏

  • Global Reference 引入的内存泄漏

  • JNI 编程中潜在的内存泄漏，特别是LocalReference的使用

• 哪些情况下需要做内存管理？

  • native code本身需要做内存管理

  如使用c/c++语言编写，需要遵守语言本身的内存管理策略，如指针变量的创建于释放不当都可能产生内存泄露，进一步导致内存JVM的崩溃。
  

  • Global Reference的管理

  而 Global Reference 对 Java 对象的引用一直有效，因此它们引用的 Java 对象会一直存在 Java Heap 中。在使用 Global Reference 时，需要仔细维护对 Global Reference 的使用。如果一定要使用 Global Reference，务必确保在不用的时候删除。就像在 C 语言中，调用 malloc() 动态分配一块内存之后，调用 free() 释放一样。否则，Global Reference 引用的 Java 对象将永远停留在 Java Heap 中，造成 Java Heap 的内存泄漏。
  

  • Local Reference的管理
    Local Reference管理模型图

    
    localReference_Java_map.jpg

从这个映射关系表可以看出，实际上，每当线程从 Java 环境切换到 native code 上下文时（J2N），JVM 会分配一块内存，创建一个 Local Reference 表，这个表用来存放本次 native method 执行中创建的所有的 Local Reference。每当在 native code 中引用到一个 Java 对象时，JVM 就会在这个表中创建一个 Local Reference：

• 运行 native method 的线程的堆栈记录着 Local Reference 表的内存位置（指针 p）

• Local Reference 表中存放 JNI Local Reference，实现 Local Reference 到 Java 对象的映射。

• native method 代码间接访问 Java 对象（java obj1，java obj2）。通过指针 p 定位相应的 Local Reference 的位置，然后通过相应的 Local Reference 映射到 Java 对象。

• 当 native method 引用一个 Java 对象时，会在 Local Reference 表中创建一个新 Local Reference。在 Local Reference 结构中写入内容，实现 Local Reference 到 Java 对象的映射。

• native method 调用 DeleteLocalRef() 释放某个 JNI Local Reference 时，首先通过指针 p 定位相应的 Local Reference 在 Local Ref 表中的位置，然后从 Local Ref 表中删除该 Local Reference，也就取消了对相应 Java 对象的引用（Ref count 减 1）。

• 当越来越多的 Local Reference 被创建，这些 Local Reference 会在 Local Ref 表中占据越来越多内存。当 Local Reference 太多以至于 Local Ref 表的空间被用光，JVM 会抛出异常，从而导致 JVM 的崩溃。

Local Reference 不是native code的局部变量，区别体现在：

1. 局部变量存储在线程堆栈中，而 Local Reference 存储在 Local Ref 表中。

2. 局部变量在函数退栈后被删除，而 Local Reference 在调用 DeleteLocalRef() 后才会从 Local Ref 表中删除，并且失效，或者在整个 Native Method 执行结束后被删除。

3. 可以在代码中直接访问局部变量，而 Local Reference 的内容无法在代码中直接访问，必须通过 JNI function 间接访问。JNI function 实现了对 Local Reference 的间接访问，JNI function 的内部实现依赖于具体 JVM。

具体关于JNI内存泄露的实例分析可以参考IBM开发者社区的一篇文章：在 JNI 编程中避免内存泄漏