如何使用JNI在C ++和Java之间正确管理内存释放？

问题描述

我正在研究Java library，它是Windows Waveform Functions的薄包装，可以通过Java播放24位音频。 （JVM仅支持8位和16位音频。）

Windows波形函数中的范例是：

1. 创建标题结构
2. 在标题上调用waveOutPrepareHeader。
3. 将标题发送到声卡
4. 声卡异步播放（这意味着Header必须在音频播放期间保留在内存中）
5. 当声卡完成播放后，它会在标题中设置一个“完成”位
6. 设置“完成”位后，我必须呼叫waveOutUnprepareHeader
7. 然后我可以从内存中删除标头

鉴于我的Java库将成为本机Waveform Functions的精简包装，我有一个Header Pointer的类，因此我可以将其保留在所需的范围内，并根据需要传递，以及最终在其上调用waveOutUnprepareHeader。

public class WaveHeader {
  long waveHeaderPointer;
  
  public WaveHeader(byte[] buffer) {
    waveHeaderPointer = HWaveOut.createHeader(buffer,buffer.length);
  }
}

在第5行（HWaveOut.createHeader()）上方被调用的本机代码是：

JNIEXPORT jlong JNICALL Java_net_joshuad_waveformjni_HWaveOut_createHeader
(JNIEnv * env,jclass jclass,jbyteArray jbuffer,jint jBufferSize) {
    char* buffer = new char[jBufferSize];
    asCharArray(env,jbuffer,buffer);
    WAVEHDR* headerOut = new WAVEHDR{ buffer,(DWORD)jBufferSize,0 };
    std::cout << "[C++] Header out location: " << headerOut << std::endl;
    return (jlong)headerOut;
}

如您所见，我在C ++中的堆上分配了一个WAVEHDR。

据我了解，使用完WAVEHDR后，我有责任解除分配-Java垃圾收集器不会为我破坏它。

我最初考虑将取消分配代码放在Java的finalize()中，以便在Java对象在Java中被垃圾回收时，总是自动取消分配C ++结构，但是根据{{3} }这种方法将导致内存泄漏。

然后，我想到了对this answer之类的类中的未关闭资源使用编译器警告，以捕获我犯的任何错误，但是即使我犯了WaveHeader Closable，我也不会如果不调用close()，则会得到我习惯的编译器警告。

这里是否有保护自己免受意外内存泄漏的好方法？

解决方法

一种解决方案是在启动时创建这些WAVEHDR对象的池，并且仅允许Java代码从池中获取对象并回收它们。无法返回对象将导致启动后立即出现空池并崩溃。

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是的，编译器不会警告您缺少close()，但是 lint 或类似的静态代码分析工具会。无论如何，建议使用Closeable，如果将它与try()配合使用，该语言将在您身边。不过，从close()调用finalize()是个好习惯（除非您知道JVM具有bug described by Steven M. Cherry）。

顺便说一句，他没有说finalize()引起了内存泄漏。这是堆损坏，更糟的是；但是此报告是2008年的，因此您几乎没有机会在生产中遇到此错误。

对于WAVEHDR的特定情况，我建议不要在C ++堆上分配它，而应将所有（带有缓冲区）保留在Java中作为直接ByteBuffer分配：

public class WaveHeader {
  private ByteBuffer waveHeader;
  private final static int PTR_LENGTH = 8; // 64-bit Windows
  private final static int DWORD_LENGTH = 4;
  private final static int WAVEHDR_LENGTH = 4*PTR_LENGTH + 4*DWORD_LENGTH;
  
  private native static void init(ByteBuffer waveHeader);

  public WaveHeader(int bufferLength) {
    waveHeader = allocateDirect(bufferLength + WAVEHDR_LENGTH);
    init(waveHeader);
  }
}

JNIEXPORT void JNICALL Java_net_joshuad_waveformjni_WaveHeader_init(JNIEnv* env,jclass clazz,jobject byteBuffer) {
    auto waveHeader = reinterpret_cast<WAVEHDR*>(env->GetDirectBufferAddress(byteBuffer));
    jlong capacity = env->GetDirectBufferCapacity(byteBuffer);
    waveHeader->lpData = reinterpret_cast<LPSTR>(waveHeader+1);
    waveHeader->dwBufferLength = capacity-sizeof(WAVEHDR);
}

现在，您无需关心close()或管理C ++对象的内存：它们全部由Java管理。