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java 之JNA中的Memory和Pointer的使用方法

更新時間：2022年04月18日 16:45:31 作者：程序那些事

這篇文章主要介紹了java 之JNA中的Memory和Pointer的使用方法，文章基于Java的相關(guān)自來哦展開對Pointer和Memory的使用介紹，需要的小伙伴可以參考一下

簡介

我們知道在native的代碼中有很多指針，這些指針在JNA中被映射成為Pointer。除了Pointer之外，JNA還提供了更加強大的Memory類，本文將會一起探討JNA中的Pointer和Memory的使用。

Pointer

Pointer是JNA中引入的類，用來表示native方法中的指針。大家回想一下native方法中的指針到底是什么呢？

native方法中的指針實際上就是一個地址，這個地址就是真正對象的內(nèi)存地址。所以在Pointer中定義了一個peer屬性，用來存儲真正對象的內(nèi)存地址：

protected long peer;

實時上，Pointer的構(gòu)造函數(shù)就需要傳入這個peer參數(shù)：

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

接下來我們看一下如何從Pointer中取出一個真正的對象，這里以byte數(shù)組為例：

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

實際上這個方法調(diào)用了Native.read方法，我們繼續(xù)看一下這個read方法：

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

可以看到它是一個真正的native方法，用來讀取一個指針對象。

除了Byte數(shù)組之外，Pointer還提供了很多其他類型的讀取方法。

又讀取就有寫入，我們再看下Pointer是怎么寫入數(shù)據(jù)的：

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

同樣的，還是調(diào)用 Native.write方法來寫入數(shù)據(jù)。

這里Native.write方法也是一個native方法：

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

Pointer還提供了很多其他類型數(shù)據(jù)的寫入方法。

當(dāng)然還有更加直接的get*方法：

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

特殊的Pointer:Opaque

在Pointer中，還有兩個createConstant方法，用來創(chuàng)建不可讀也不可寫的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);
    }

實際上返回的而是Opaque類，這個類繼承自Pointer，但是它里面的所有read或者write方法，都會拋出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是基本的指針映射，如果對于通過使用native的malloc方法分配的內(nèi)存空間而言，除了Pointer指針的開始位置之外，我們還需要知道分配的空間大小。所以一個簡單的Pointer是不夠用了。

這種情況下，我們就需要使用Memory。

Memory是一種特殊的Pointer, 它保存了分配出來的空間大小。

我們來看一下Memory的定義和它里面包含的屬性：

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里面定義了5個數(shù)據(jù)，我們接下來一一進行介紹。

首先是最為重要的size，size表示的是Memory中內(nèi)存空間的大小，我們來看下Memory的構(gòu)造函數(shù)：

    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類型的數(shù)據(jù)需要傳入一個size參數(shù)，表示Memory占用的空間大小。當(dāng)然，這個size必須要大于0.

然后調(diào)用native方法的malloc方法來分配一個內(nèi)存空間，返回的peer保存的是內(nèi)存空間的開始地址。如果peer==0，表示分配失敗。

如果分配成功，則將當(dāng)前Memory保存到LinkedReference中，用來跟蹤當(dāng)前的位置。

我們可以看到Memory中有兩個LinkedReference，一個是HEAD，一個是reference。

LinkedReference本身是一個WeakReference，weekReference引用的對象只要垃圾回收執(zhí)行，就會被回收，而不管是否內(nèi)存不足。

private static class LinkedReference extends WeakReference<Memory>

我們看一下LinkedReference的構(gòu)造函數(shù)：

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

這個QUEUE是ReferenceQueue，表示的是GC待回收的對象列表。

我們看到Memory的構(gòu)造函數(shù)除了設(shè)置size之外，還調(diào)用了：

reference = LinkedReference.track(this);

仔細(xì)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;
        }

這個方法的意思是首先從QUEUE中拿出那些準(zhǔn)備被垃圾回收的Memory對象，然后將其從LinkedReference中unlink。最后將新創(chuàng)建的對象加入到LinkedReference中。

因為Memory中的QUEUE和HEAD都是類變量，所以這個LinkedReference保存的是JVM中所有的Memory對象。

最后Memory中也提供了對應(yīng)的read和write方法，但是Memory中的方法和Pointer不同，Memory中的方法多了一個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);
    }

為什么會有boundsCheck呢？這是因為Memory和Pointer不同，Memory中有一個size的屬性，用來存儲分配的內(nèi)存大小。使用boundsCheck就是來判斷訪問的地址是否出界，用來保證程序的安全。