C++?RAII在HotSpot?VM中的重要應用解析

更新時間：2023年09月22日 11:29:05 作者：鳩摩（馬智）

RAII技術(shù)被認為是C++中管理資源的最佳方法，進一步引申，使用RAII技術(shù)也可以實現(xiàn)安全、簡潔的狀態(tài)管理，編寫出優(yōu)雅的異常安全的代碼，這篇文章主要介紹了C++?RAII在HotSpot?VM中的重要應用,需要的朋友可以參考下

RAII（Resource Acquisition Is Initialization），也稱為“資源獲取就是初始化”，是C++語言的一種管理資源、避免泄漏的慣用法。C++標準保證任何情況下，已構(gòu)造的對象最終會銷毀，即它的析構(gòu)函數(shù)最終會被調(diào)用。簡單的說，RAII的做法是使用一個對象，在其構(gòu)造時獲取資源，在對象生命期控制范圍之下對資源的訪問始終保持有效，最后在對象析構(gòu)的時候釋放資源。
在HotSpot VM中，RAII對內(nèi)存資源的管理和釋放、明確定義范圍鎖及記錄重要信息等方面起到了非常重要的作用。下面詳細介紹一下。

1、定義范圍鎖

在HotSpot VM中，整個系統(tǒng)正確的運轉(zhuǎn)需要非常多的鎖，這些鎖很多都是通過RAII技術(shù)來管理的。
舉個例子，如下：

class MutexLocker {
private:
    pthread_mutex_t *_mtx;
public:
    MutexLocker(pthread_mutex_t *mtx) {
        if (mtx) {
            _mtx = mtx;
            pthread_mutex_lock(_mtx);
        }
    }
    ~MutexLocker() {
        if (_mtx)
            pthread_mutex_unlock(_mtx);
    }
};

在類的構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù)中對互斥量進行加載和釋放鎖。也就是說，當對象創(chuàng)建的時候會自動調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，當對象超出作用域的時候會自動調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。

現(xiàn)在我們通過如上的類將一段代碼保護起來，防止產(chǎn)生并發(fā)問題：

// 初始化互斥鎖
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void init(){
    MutexLocker locker(&mutex);
    // 整個方法都會在同步鎖的保護下執(zhí)行
}

我們還可以通過匿名塊來進一步細化鎖控制的范圍。當進入作用域范圍時，C++會自動調(diào)用MutexLocker的構(gòu)造函數(shù)，當出了作用域范圍時，會調(diào)用MutexLocker析構(gòu)函數(shù)。這樣通過類來管理鎖資源，將資源和對象的生命周期綁定。在Java中有個類似的、飽受詬病的一種釋放資源的辦法，重寫finalize()方法，由于開發(fā)人員無法對Java對象的生命周期進行精確控制，而是托管給了Java虛擬機GC，所以對象什么時候回收是一個未知數(shù)，為應用程序埋下了一個定時炸彈。不過另外一個類似的語法try-with-resources提倡使用。
在HotSpot VM中，在runtime/mutex.hpp文件中定義了互斥量Mutex，這個互斥量繼承自Monitor，HotSpot VM內(nèi)部的并發(fā)非常依賴Monitor。在runtime/mutexLocker.hpp文件中定義了MutexLocker、MutexLockerEx等類來控制鎖范圍。

2、管理內(nèi)存資源

管理內(nèi)存資源的一些類有HandleMark、ResourceMark等，HandleMark用來管理句柄，ResourceMark用來管理臨時使用的內(nèi)存。
HandleMark我在之前已經(jīng)介紹的非常詳細了，可參考如下文章：

http://www.dbjr.com.cn/article/115051.htm

http://www.dbjr.com.cn/program/297764rfl.htm

ResourceMark的實現(xiàn)也非常類似。
由于Java類常量池中的字符串、還有一些公共字符串在HotSpot VM中都用Symbol實例來表示，如果想要看某個Klass實例表示的具體的類名稱，我有時候會這樣做：

{
 ResourceMark rm;
 Symbol *sym = _klass->name();
 const char *klassName = (sym->as_C_string());
 // ...
}

調(diào)用的as_C_string()函數(shù)實現(xiàn)如下：

char* Symbol::as_C_string() const {
  int len = utf8_length();
  char* str = (char*) resource_allocate_bytes( (len + 1) * sizeof(char) );
  return as_C_string(str, len + 1);
}
extern char* resource_allocate_bytes(size_t size, AllocFailType alloc_failmode) {
  ResourceArea* ra = Thread::current()->resource_area();
  return ra->allocate_bytes(size, alloc_failmode);
}

可以看到從ResourceArea中申請了內(nèi)存，那就必須要記錄，完成調(diào)用之后恢復調(diào)用之前的樣子，這樣才不會讓內(nèi)存處在不一致的狀態(tài)，從而導致崩潰，所以必須要使用ResourceMark。

3、保存重要信息

閱讀HotSpot VM源代碼的人一定會對JavaCalls::call_helper()函數(shù)中的如下這段代碼不陌生：

從HotSpot VM內(nèi)部調(diào)用Java方法時，通常會調(diào)用到call_helper()函數(shù)，所以這也是HotSpot VM調(diào)用Java主類main()方法的關(guān)鍵入口，在這個函數(shù)中我們能夠看到HandleMark的使用，另外還有一個JavaCallWrapper，這個類主要有2個作用：
（1）管理內(nèi)存資源，在 http://www.dbjr.com.cn/article/75222.htm已經(jīng)詳細介紹過，這里不再介紹。
（2）記錄Java調(diào)用棧的重要信息，退棧等操作非常依賴這些信息。
變量名叫l(wèi)ink非常貼切，它的起用就是將Java棧連接起來，其大概的實現(xiàn)過程如下圖所示。

后面我們在介紹具體的知識點時再詳細介紹這些內(nèi)容。

RAII技術(shù)被認為是C++中管理資源的最佳方法，進一步引申，使用RAII技術(shù)也可以實現(xiàn)安全、簡潔的狀態(tài)管理，編寫出優(yōu)雅的異常安全的代碼。它利用棧對象在離開作用域后自動析構(gòu)的語言特點，將受限資源的生命周期綁定到該對象上，當對象析構(gòu)時以達到自動釋放資源的目的。

簡單而言RAII就是指資源在我們拿到時就已經(jīng)初始化，一旦不在需要該資源就可以自動釋放該資源。

到此這篇關(guān)于C++ RAII在HotSpot VM中的重要應用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ RAII應用內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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