wenfengsun

关于JAVA的JNI

Posted on: March 27, 2012

JNI:Java Native Interface,它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。
问题描述:
以JNI方式实现的jmagick在调用imagemagick的接口时,一直出现高内存消耗,最高达到10G内存。但是无论以jmx方式启动后,用jconsole监控Java Heap内存状况,还是用jmap-jhat方式dump并察看java Heap内存状况,都发现java Heap只占用了几百M内存。
这让人联想到了JNI的内存占用机制,首先,JVM内存结构如下图:

这个结构中,Nativeinterface组件:
与nativelibraries交互,是其它编程语言交互的接口。当调用native方法的时候,就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界,所以也很容易出现JVM无法控制的nativeheapOutOfMemory。
好,至此,我们大约知道了,JNI这种native方式产生的内存消耗是位于NativeMethodStack中,而不是Heap中,这也就解释了为何Heap内存消耗很小,而整个JVM占用内存很大的原因。
再次,来分析一下JNI编程时的实现方式:
Local Reference 和 Local Reference 表
理解 Local Reference 表的存在是理解 JNI Local Reference 的关键。
JNI Local Reference 的生命期是在 native method 的执行期(从 Java 程序切换到 native code 环境时开始创建,或者在 native method 执行时调用 JNI function 创建),在 native method 执行完毕切换回 Java 程序时,所有 JNI Local Reference 被删除,生命期结束(调用 JNI function 可以提前结束其生命期)。
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。比如,实例 1 中我们调用 NewStringUTF() 在 Java Heap 中创建一个 String 对象后,在 Local Reference 表中就会相应新增一个 Local Reference。

⑴运行 native method 的线程的堆栈记录着 Local Reference 表的内存位置(指针 p)。
⑵ Local Reference 表中存放 JNI Local Reference,实现 Local Reference 到 Java 对象的映射。
⑶ 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。
⑷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。
⑸ 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)。
⑹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。
结论:
在每次调用JNI创建对象,并且执行完操作后,执行destroy方法释放回收native mem中的对象和内存,重新发布程序后,问题解决。

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