第43篇-JNI引用的管理（2）

之前我们已经介绍了JNIHandleBlock，但是没有具体介绍JNIHandleBlock中存储的句柄，这一篇我们将详细介绍对这些句柄的操作。

JNI句柄分为两种，全局和局部对象引用：

（1）大部分对象的引用属于局部对象引用，最终还是调用了JNIHandleBlock来管理，因为JNIHandle没有设计一个JNIHandleMark的机制，所以在创建时需要明确调用JNIHandles::make_local()函数，在回收时也需要明确调用JNIHandles::destory_local()函数；

（2）对于全局对象的引用，比如在编译任务compilerTask中会访问Method实例，这时候就需要把这些实例设置为全局的（否则在GC时可能会被回收）。

下面我们就来详细介绍一下局部对象的引用和全局对象的引用。　　

1、局部对象引用

当我们编写本地函数时，可能会调用JNI函数获取父类，获取父类的JNI函数jni_GetSuperclass()的实现如下：

JNI_ENTRY(jclass, jni_GetSuperclass(JNIEnv *env, jclass sub))
  JNIWrapper("GetSuperclass");
  jclass obj = NULL;
  // ...
  obj = (super == NULL) ? NULL : (jclass) JNIHandles::make_local(super->java_mirror());
  return obj;
JNI_END

也就是获取sub类的父类时，如果查询到的父类super不为null，则在返回时需要返回句柄，此时就会调用JNIHandles::make_local()函数。调用的JNIHandles::make_local()函数的实现如下：

jobject JNIHandles::make_local(Thread* thread, oop obj) {
  if (obj == NULL) {
    return NULL;
  } else {
    assert(Universe::heap()->is_in_reserved(obj), "sanity check");
    return thread->active_handles()->allocate_handle(obj);
  }
}

jobject JNIHandles::make_local(JNIEnv* env, oop obj) {
  if (obj == NULL) {
    return NULL;
  } else {
    JavaThread* thread = JavaThread::thread_from_jni_environment(env);
    // 确保obj是堆上的对象，因为只有堆上的对象才会移动，才会被GC回收
    assert(Universe::heap()->is_in_reserved(obj), "sanity check");
    return thread->active_handles()->allocate_handle(obj);
  }
}　　

obj是堆中的对象，现在本地函数要通过句柄访问这个对象，此时会调用JNIHandles::make_local()函数创建出对应的句柄，这个句柄的内存空间是从JNIHandleBlock中分配出来的。　

调用的JavaThread::thread_from_jni_environment()函数的实现如下 ： 　

static JavaThread* thread_from_jni_environment(JNIEnv* env) {
    // 直接通过地址偏移得到JavaThread*，这是因为
    // JavaThread类中定义了JNIEnv类型的字段
    JavaThread *thread_from_jni_env = (JavaThread*)(
                                 (intptr_t)env - in_bytes(jni_environment_offset())
                  );

    // 最后检查线程是否已经终止状态，没有终止才返回该线程对象
    if (thread_from_jni_env->is_terminated()) {
       thread_from_jni_env->block_if_vm_exited();
       return NULL;
    } else {
       return thread_from_jni_env;
    }
}
　

在JNIHandles::make_local()函数中调用的JNIHandleBlock::allocate_handle()函数进行句柄分配。

Java线程使用一个对象句柄存储块JNIHandleBlock来为其在本地函数中申请的临时对象创建对应的句柄。具体就是调用JNIHandleBlock::allocate_handle()函数分配句柄，此函数的实现如下：

jobject JNIHandleBlock::allocate_handle(oop obj) {
  assert(Universe::heap()->is_in_reserved(obj), "sanity check");
  if (_top == 0) {
    for (JNIHandleBlock* current = _next;
            current != NULL;
            current = current->_next
    ){
      assert(current->_last == NULL, "only first block should have _last set");
      assert(current->_free_list == NULL,"only first block should have _free_list set");
      current->_top = 0;
      if (ZapJNIHandleArea)
          current->zap();
    }
    // 重转相关变量的值
    _free_list = NULL;
    _allocate_before_rebuild = 0;
    _last = this;
    if (ZapJNIHandleArea)
        zap();
  }

  // 当前的JNIHandleBlock::_handles中能够有空闲的slot分配句柄则分配后直接返回
  if (_last->_top < block_size_in_oops) {
    oop* handle = &(_last->_handles)[_last->_top++];
    *handle = obj;
    return (jobject) handle;
  }

  // 如果有空闲的句柄slot，则从列表中第1个空闲的句柄slot中分配句柄并返回
  if (_free_list != NULL) {
    oop* handle = _free_list;
    _free_list = (oop*) *_free_list;
    *handle = obj;
    return (jobject) handle;
  }

  // 如果_last后有空闲的JNIHandleBlock，则从此JNIHandleBlock中分配
  if (_last->_next != NULL) {
    _last = _last->_next;
    return allocate_handle(obj); // 递归调用
  }

  // 没有空闲的JNIHandleBlock，并且当前的JNIHandleBlock也无法分配句柄需要的内容，则调用rebuild_free_list
  if (_allocate_before_rebuild == 0) {
      rebuild_free_list();
  } else {
    Thread* thread = Thread::current();
    Handle  obj_handle(thread, obj);
    // 关于allocate_block()函数在之前已经介绍过
    _last->_next = JNIHandleBlock::allocate_block(thread);
    _last = _last->_next;
    _allocate_before_rebuild--;
    obj = obj_handle();
  }

  // 再次尝试从当前的JNIHandleBlock中分配句柄需要的内存
  return allocate_handle(obj); // 递归调用
}
　

当_allocate_before_rebuild的值为0时，会调用rebuild_free_list()函数重建_free_list列表，_free_list列表中的各个slot都是分布在各个已经使用了的JNIHandleBlock中的空闲slot，所以重建就意味着我们要扫描所有已经使用了的slot，然后找到空闲的slot连接到这个单链表中，最大限度的重用slot。

调用的rebuild_free_list()函数的实现如下：

void JNIHandleBlock::rebuild_free_list() {
  assert(_allocate_before_rebuild == 0 && _free_list == NULL, "just checking");
  int free = 0;
  int blocks = 0;
  for (JNIHandleBlock* current = this; current != NULL; current = current->_next) {
    for (int index = 0; index < current->_top; index++) {
      oop* handle = &(current->_handles)[index];
      if (*handle ==  JNIHandles::deleted_handle()) {
        // 找到了空闲的slot，连接到单链表上
        *handle = (oop) _free_list;
        _free_list = handle;
        free++;
      }
    }
    blocks++;
  }

  // 当已经使用过的slot中有超过一半的slot都是空闲的，那么我们其实偏向于不再重新分配JNIHandleBlock，
  // 而是重用这些空闲slot；当空闲的slot少时，会计算出_allocate_before_rebuild值，这样就会偏向于
  // 从新的JNIHandleBlock中分配句柄
  int total = blocks * block_size_in_oops;
  int extra = total - 2*free;
  if (extra > 0) {
    // Not as many free handles as we would like - compute number of new blocks to append
    _allocate_before_rebuild = (extra + block_size_in_oops - 1) / block_size_in_oops;
  }
}

我们除了查找所有的空闲slot并连接到_free_list上之外，还要计算_allocate_before_rebuild值。如果计算出的_allocate_before_rebuild值大于0，那么我们查看JNIHandleBlock::allocate_handle()这个函数的逻辑，可以看到当无法分配句柄时，偏向于分配新的JNIHandleBlock，然后从JNIHandleBlock::_handles数组中分配句柄，否则从_free_list中重用空闲句柄，这就很好的避免了过度分配太多的JNIHandleBlock，如果过度分配太多的JNIHandleBlock，不但会加重GC扫描过程中的时间，也会占用更多的内存空间。

释放句柄的函数如下：

inline void JNIHandles::destroy_local(jobject handle) {
  if (handle != NULL) {
    // 使用JNIHandles::_deleted_handle来初始化，这个值在
    // JNIHandles::initialize()函数中会初始化为Object对象，用来
    // 表示这个slot为空，没有存储对象
    *((oop*)handle) = deleted_handle();
  }
}

代码实现非常简单，这里不再详细介绍。　　　

2、全局对象引用

在分配全局变量时，调用如下函数：

jobject JNIHandles::make_global(Handle obj) {
  jobject res = NULL;
  if (!obj.is_null()) {
     MutexLocker ml(JNIGlobalHandle_lock);
     assert(Universe::heap()->is_in_reserved(obj()), "sanity check");
     res = _global_handles->allocate_handle(obj()); // 同样调用allocate_handle()函数处理
  } 

  return res;
}

在分配全局对象引用时，同样会调用allocate_handle()句柄，实现相对局部对象引用来说比较简单，通过一个全局的_global_handles来保存一个JNIHandleBlock的单链表，这个单链表中的JNIHandleBlock节点只增不减，所以如果某个时间点，全局对象引用足够多时会为GC带来不小负担，尤其是忘记释放全局对象引用会引起内存泄漏。

调用JNIHandles::destroy_global()函数释放全局对象引用：

void JNIHandles::destroy_global(jobject handle) {
  if (handle != NULL) {
    *((oop*)handle) = deleted_handle();
  }
}

函数的实现非常简单，这里不再介绍。

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