java 之JNA中的Memory和Pointer的使用方法

目录

• 简介
• Pointer
• 特殊的Pointer:Opaque
• Memory
• 总结

简介

我们知道在native的代码中有很多指针，这些指针在JNA中被映射成为Pointer。除了Pointer之外，JNA还提供了更加强大的Memory类，本文将会一起探讨JNA中的Pointer和Memory的使用。

Pointer

Pointer是JNA中引入的类，用来表示native方法中的指针。大家回想一下native方法中的指针到底是什么呢？

native方法中的指针实际上就是一个地址，这个地址就是真正对象的内存地址。所以在Pointer中定义了一个peer属性，用来存储真正对象的内存地址：

protected long peer;

实时上，Pointer的构造函数就需要传入这个peer参数：

public Pointer(long peer) {
        this.peer = peer;
    }

接下来我们看一下如何从Pointer中取出一个真正的对象，这里以byte数组为例：

    public void read(long offset, byte[] buf, int index, int length) {
        Native.read(this, this.peer, offset, buf, index, length);
    }

实际上这个方法调用了Native.read方法，我们继续看一下这个read方法：

static native void read(Pointer pointer, long baseaddr, long offset, byte[] buf, int index, int length);

可以看到它是一个真正的native方法，用来读取一个指针对象。

除了Byte数组之外，Pointer还提供了很多其他类型的读取方法。

又读取就有写入，我们再看下Pointer是怎么写入数据的：

    public void write(long offset, byte[] buf, int index, int length) {
        Native.write(this, this.peer, offset, buf, index, length);
    }

同样的，还是调用 Native.write方法来写入数据。

这里Native.write方法也是一个native方法：

static native void write(Pointer pointer, long baseaddr, long offset, byte[] buf, int index, int length);

Pointer还提供了很多其他类型数据的写入方法。

当然还有更加直接的get*方法：

public byte getByte(long offset) {
        return Native.getByte(this, this.peer, offset);
    }

特殊的Pointer:Opaque

在Pointer中，还有两个createConstant方法，用来创建不可读也不可写的Pointer：

    public static final Pointer createConstant(long peer) {
        return new Opaque(peer);
    }

    public static final Pointer createConstant(int peer) {
        return new Opaque((long)peer & 0xFFFFFFFF);
    }

实际上返回的而是Opaque类，这个类继承自Pointer，但是它里面的所有read或者write方法，都会抛出UnsupportedOperationException：

    private static class Opaque extends Pointer {
        private Opaque(long peer) { super(peer); }
        @Override
        public Pointer share(long offset, long size) {
            throw new UnsupportedOperationException(MSG);
        }

Memory

Pointer是基本的指针映射，如果对于通过使用native的malloc方法分配的内存空间而言，除了Pointer指针的开始位置之外，我们还需要知道分配的空间大小。所以一个简单的Pointer是不够用了。

这种情况下，我们就需要使用Memory。

Memory是一种特殊的Pointer, 它保存了分配出来的空间大小。

我们来看一下Memory的定义和它里面包含的属性：

public class Memory extends Pointer {
...
    private static ReferenceQueue<Memory> QUEUE = new ReferenceQueue<Memory>();
    private static LinkedReference HEAD; // the head of the doubly linked list used for instance tracking
    private static final WeakMemoryHolder buffers = new WeakMemoryHolder();
    private final LinkedReference reference; // used to track the instance
    protected long size; // Size of the malloc'ed space
...
}

Memory里面定义了5个数据，我们接下来一一进行介绍。

首先是最为重要的size，size表示的是Memory中内存空间的大小，我们来看下Memory的构造函数：

    public Memory(long size) {
        this.size = size;
        if (size <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("Allocation size must be greater than zero");
        }
        peer = malloc(size);
        if (peer == 0)
            throw new OutOfMemoryError("Cannot allocate " + size + " bytes");

        reference = LinkedReference.track(this);
    }

可以看到Memory类型的数据需要传入一个size参数，表示Memory占用的空间大小。当然，这个size必须要大于0.

然后调用native方法的malloc方法来分配一个内存空间，返回的peer保存的是内存空间的开始地址。如果peer==0，表示分配失败。

如果分配成功，则将当前Memory保存到LinkedReference中，用来跟踪当前的位置。

我们可以看到Memory中有两个LinkedReference，一个是HEAD，一个是reference。

LinkedReference本身是一个WeakReference，weekReference引用的对象只要垃圾回收执行，就会被回收，而不管是否内存不足。

private static class LinkedReference extends WeakReference<Memory>

我们看一下LinkedReference的构造函数：

private LinkedReference(Memory referent) {
            super(referent, QUEUE);
        }

这个QUEUE是ReferenceQueue，表示的是GC待回收的对象列表。

我们看到Memory的构造函数除了设置size之外，还调用了：

reference = LinkedReference.track(this);

仔细看LinkedReference.track方法：

   static LinkedReference track(Memory instance) {
            // use a different lock here to allow the finialzier to unlink elements too
            synchronized (QUEUE) {
                LinkedReference stale;

                // handle stale references here to avoid GC overheating when memory is limited
                while ((stale = (LinkedReference) QUEUE.poll()) != null) {
                    stale.unlink();
                }
            }

            // keep object allocation outside the syncronized block
            LinkedReference entry = new LinkedReference(instance);

            synchronized (LinkedReference.class) {
                if (HEAD != null) {
                    entry.next = HEAD;
                    HEAD = HEAD.prev = entry;
                } else {
                    HEAD = entry;
                }
            }

            return entry;
        }

这个方法的意思是首先从QUEUE中拿出那些准备被垃圾回收的Memory对象，然后将其从LinkedReference中unlink。 最后将新创建的对象加入到LinkedReference中。

因为Memory中的QUEUE和HEAD都是类变量，所以这个LinkedReference保存的是JVM中所有的Memory对象。

最后Memory中也提供了对应的read和write方法，但是Memory中的方法和Pointer不同，Memory中的方法多了一个boundsCheck,如下所示：

    public void read(long bOff, byte[] buf, int index, int length) {
        boundsCheck(bOff, length * 1L);
        super.read(bOff, buf, index, length);
    }

    public void write(long bOff, byte[] buf, int index, int length) {
        boundsCheck(bOff, length * 1L);
        super.write(bOff, buf, index, length);
    }

为什么会有boundsCheck呢？这是因为Memory和Pointer不同，Memory中有一个size的属性，用来存储分配的内存大小。使用boundsCheck就是来判断访问的地址是否出界，用来保证程序的安全。

总结

Pointer和Memory算是JNA中的高级功能，大家如果想要和native的alloc方法进行映射的话，就要考虑使用了。

到此这篇关于java 之JNA中的Memory和Pointer的使用方法的文章就介绍到这了,更多相关 Memory和Pointer内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！