Java进阶用法：JNA中Memory和Pointer的介绍

我们知道在native代码中有很多指针，而这些指针在JNA中都映射为Pointer。除了Pointer，JNA还提供了一个更强大的Memory类。本文将讨论JNA中Pointer和Memory的使用。PointerPointer是JNA中引入的一个类，用于表示native方法中的指针。我们回想一下native方法中的指针是什么？native方法中的指针其实就是一个地址，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，用来存放真实对象的内存地址：protectedlongpeer；实际上，Pointer的构造函数需要传入这个peer参数：publicPointer(longpeer){this.peer=peer;接下来，让我们看看如何从Pointer中获取一个真实的对象。这里我们以字节数组为例：}其实这个方法调用的是Native.read方法，我们继续看这个read方法：staticnativevoidread(Pointerpointer,longbaseaddr,longoffset,byte[]buf,intindex,intlength);你可以看到它是一个真正的读取指针对象的本地方法。除了Byte数组，Pointer还提供了很多其他类型的读取方法。读和写，看看Pointer是怎么写数据的：}同样调用Native.write方法写入数据。这里的Native.write方法也是一个native方法：staticnativevoidwrite(Pointerpointer,longbaseaddr,longoffset,byte[]buf,intindex,intlength);指针还提供了许多其他类型的数据写入方法。当然还有更直接的get*方法：publicbytegetByte(longoffset){returnNative.getByte(this,this.peer,offset);}特殊指针：Opaque在Pointer中，有两个createConstant方法，使用来创建一个不可读不可写的Pointer：publicstaticfinalPointercreateConstant(longpeer){returnnewOpaque(peer);}publicstaticfinalPointercreateConstant(intpeer){returnnewOpaque((long)peer&0xFFFFFFFF);}实际上返回的是Opaque类，它继承自Pointer，但是里面所有的读写方法都会抛出UnsupportedOperationException：}@OverridepublicPointershare(longoffset,longsize){thrownewUnsupportedOperationException(MSG);}MemoryPointer是一个基本的指针映射，如果对于使用nativemalloc方法分配的内存空间，除了Pointer指针的起始位置之外，我们还需要知道分配空间的大小。所以一个简单的指针是不够的。在这种情况下，我们需要使用内存。内存是一种特殊的指针，它保存分配的空间大小。我们来看看Memory的定义以及它包含的属性：publicclassMemoryextendsPointer{...私有静态LinkedReference头；//用于实例跟踪的双向链表的头部privatestaticfinalWeakMemoryHolderbuffers=newWeakMemoryHolder();私人最终LinkedReference参考；//用于跟踪实例保护的长尺寸；//sizeofthemalloc'edspace...}DefinedinMemory收集了5条数据，我们将一一介绍。首先是最重要的size，size表示Memory中内存空间的大小，我们看一下Memory的构造函数：publicMemory(longsize){this.size=size;if(size<=0){thrownewIllegalArgumentException("分配大小必须大于零");}peer=malloc(size);if(peer==0)thrownewOutOfMemoryError("Cannotallocate"+size+"bytes");reference=LinkedReference.track(这个);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必须大于0。然后调用native方法的malloc方法分配一块内存空间，返回的peer保存内存空间的起始地址。如果peer==0，表示分配失败。如果分配成功，将当前Memory保存到LinkedReference中，用于跟踪当前位置。我们可以看到Memory中有两个LinkedReferences，一个是HEAD，一个是reference。LinkedReference本身是一个WeakReference，weekReference引用的对象只要进行垃圾回收就会被回收，不管内存是否不足。privatestaticclassLinkedReferenceextendsWeakReference我们来看看LinkedReference的构造函数：privateLinkedReference(Memoryreferent){super(referent,QUEUE);}这个QUEUE就是ReferenceQueue，代表GC要回收的对象列表。我们看到Memory的构造函数去掉了设置size之外，还调用了：reference=LinkedReference.track(this);仔仔细看LinkedReference.track方法：staticLinkedReferencetrack(Memoryinstance){//在这里使用不同的锁来允许取消链接太同步的元素的终结者（队列）{LinkedReferencestale;//在这里处理陈旧的引用以避免内存有限时GC过热while((stale=(LinkedReference)QUEUE.poll())!=null){stale.unlink();}}//将对象分配保持在同步块之外LinkedReferenceentry=newLinkedReference(instance);synchronized(LinkedReference.class){if(HEAD!=null){entry.next=HEAD;HEAD=HEAD.prev=条目；}else{HEAD=条目;}}返回条目；}该方法的意思是先从QUEUE中取出准备进行垃圾回收的Memory对象，然后解除与LinkedReference的链接，最后将新创建的对象添加到LinkedReference中。因为Memory中的QUEUE和HEAD是类变量，所以这个LinkedReference保存了JVM中所有的Memory对象。最后，Memory也提供了相应的读写方法，只是Memory中的方法与Pointer不同。Memory中的方法有一个boundsCheck，如下所示：publicvoidread(longbOff,byte[]buf,intindex,intlength){boundsCheck(bOff,length*1L);super.read(bOff,buf,index,length);}publicvoidwrite(longbOff,byte[]buf,intindex,intlength){boundsCheck(bOff,length*1L);super.write(bOff,buf,index,length);}为什么会有boundsCheck？这是因为Memory不同于Pointer。Memory中有一个size属性，用来存储分配的内存大小。使用boundsCheck是为了判断访问的地址是否越界，保证程序的安全。综上所述，Pointer和Memory在JNA中算是高级函数。如果你想用原生的alloc方法映射，你应该考虑使用它们。本文已收录于http://www.flydean.com/06-jna-memory/最流行的解读，最深刻的干货，最简洁的教程，很多你不知道的小技巧等着你去探索！欢迎关注我的公众号：《程序那些事儿》，懂技术，更懂你！