Java Native Interface（JNI）的空间（引用）管理

Java是通过垃圾回收机制回收内存，C/C++是通过malloc，free，new，delete手动管理空间。那么在JNI层，同时存在Java和C/C++的空间时，该如何进行空间的管理呢？本文参考Oracle的官方文档，对JNI层中空间的管理进行说明。明确哪些内容需要手动调用Delete，哪些不需要手动调用。

一、全局引用（Global References）

全局引用的生命周期（Lifetime），需要主动通过函数调用进行申请和释放。native函数执行完毕后，该空间可继续使用。

函数原型

// 创建全局引用
jobject NewGlobalRef(JNIEnv *env, jobject obj);  

// 删除全局引用
void DeleteGlobalRef(JNIEnv *env, jobject globalRef);

二、局部引用（Local References）

局部引用的生命周期（Lifetime），与调用的native函数一致。当native函数return时，局部引用将会被自动释放。该局部引用占用的空间是JVM的资源。

由于native函数用于存放局部引用的空间是固定的。如果过度的创建局部引用，不加以控制，可能会出现空间不足，程序抛出Out Of Memory（OOM）异常的问题。如果该局部引用已经使用完毕，应尽量手动调用DeleteLocalRef，提前释放空间，避免OOM。

函数原型

// 创建全局引用
jobject NewLocalRef(JNIEnv *env, jobject obj);  

// 删除全局引用
void DeleteLocalRef(JNIEnv *env, jobject localRef);

// 主动设置可创建的局部引用的数量
jint EnsureLocalCapacity(JNIEnv *env, jint capacity);

// 创建一个局部引用的帧，并指定可创建的局部引用的数量。
jint PushLocalFrame(JNIEnv *env, jint capacity);

// 释放当前局部引用的帧，释放全部本地引用。
// 可以通过参数result，将被PopLocalFrame释放的引用转移到上一层的局部引用帧中
jobject PopLocalFrame(JNIEnv *env, jobject result);

特殊说明

1. 在JDK/JRE 1.1版本中，提供了DeleteLocalRef函数。
2. 在JDK/JRE 1.2版本中，提供了EnsureLocalCapacity，PushLocalFrame，PopLocalFrame，NewLocalRef函数，支持更加复杂的局部引用生命周期能力。

三、弱全局引用（Weak Global Reference）

区别于全局引用（Global References），该引用并不会增加该引用的引用计数。

即持有弱全局引用，不会干预垃圾回收机制（GC）对于该内存的回收。适用于生命周期短的对象，持有生命周期长的引用。

全局引用可以通过jboolean IsSameObject(JNIEnv *env, jobject ref1, jobject ref2); 函数，参数为被判定对象和NULL来判断对象是否存在。如果返回JNI_TRUE判定该弱引用指向的对象是否已经被释放。

使用弱全局引用时，可能会出现执行一半，引用被GC回收的情况。所以需要在使用弱全局引用之前，提供NewLocalRef或者NewGlobalRef，将弱引用转换为强引用。确保GC不会对该空间进行回收。

四、常见问题

1、在native函数中，直接return一个jstring或者其他jobject，是否会有内存泄漏问题？

如果直接return的对象是局部引用（Local Reference），则不会发生内存泄漏问题。
局部引用在native函数执行完毕后，会根据局部引用表（Local Reference Table）进行空间的释放。
当然，手动执行DeleteLocalRef函数进行提前释放，也不会产生问题。

2、什么情况下可能会出现内存泄漏？

1）创建的全局引用（Global Reference），未调用Delete函数进行回收。导致该对象引用计数无法归零。
2）两个对象互相持有对方的强引用。例如A持有B引用，B和C互相持有对方的引用。当A释放B引用时，GC发现C依然持有B的引用，则不会释放B。与此同时，GC也发现B持有C的引用，则不会释放C。导致B和C与其他引用脱离，形成孤岛。这块内存将无法使用，也无法被释放。

3、调用NewString和NewStringUTF时，是否需要释放？

NewString和NewStringUTF函数创建的空间属于局部引用（Local Reference）。可以等待native函数执行完毕后自动回收，也可以在使用完毕（后续不会再访问）后，直接进行Delete释放。

但是需要注意，如果通过GetStringChars，GetStringCritical或者GetStringUTFChars获取了jstring中的char* 空间，则需要使用对应的ReleaseStringChars，ReleaseStringCritical或者ReleaseStringUTFChars释放该char* 空间。

参考文章

• JNI Functions (oracle.com)