jvm开发笔记5 – 虚拟机内存管理

作者：王智通

一、 前言

ajvm是笔者正在开发中的一个java虚拟机， 想通过编写这个jvm帮助程序员了解jvm的具体实现细节， 它是国内第一个开源的java虚拟机项目：https://github.com/cloudsec/ajvm， 同时笔者把它的开发笔记也分享到了ata上。 在前面4篇笔记中， 已经实现了class文件加载器， 反汇编器，jvm的crash信息处理， 同时它已经能运行简单的java代码了。 在今天的这篇笔记中， 将开始分享ajvm的内存管理模块是如何编写的。

二、内存分配

看下面一段java代码：

首先用javac编译下， 然后用ajvm的反汇编器查看bytecode：

源码中data = new int[2];对应的汇编指令为：

根据jvm虚拟机规范的描述， newarray指令的作用是， 从操作数堆栈用取出data数组的元素个数，然后根据newarray后面的type进行计算要申请的内存大小， type的值在虚拟机规范中如下：

所以10代表这个int类型的数组， 接下来就要给data这个数组从heap中分配内存了。

ajvm的内存堆用的是slab算法， slab的内存结构如下：

源码中的slab.c是它完整的实现， 不熟悉slab的同学请自行google。

三、垃圾回收

gc是java程序员普遍关心的问题， 当内存不够时， 将会触发jvm的垃圾回收机制。

ajvm使用最原始的引用计数法， 需要建立一个新的数据结构：

当数组申请完内存后， 将会建立一个新的jvm_object与其对应， ref_count被初始化为0, addr指向数组的首地址， size表示数组的大小， jvm_object将会被加入到jvm_obj_list_head链表中， 在这将来的垃圾回收时将会用到。

当数组被引用时， 我们跟数组的地址在jvm_object链表中找到它， 并且把ref_count加1, 表示这个数组在被引用。 比如上面的：

这条指令就会对data数组进行引用， 我们只要在iastore的解释代码里， 对data对应的ref_count加1即可：

对于数组data1, 同样进行了内存分配， 但是始终没有被引用到， 所以data1将会是gc回收时要释放的对象。

这是ajvm最简单的gc算法了， 后续将会对其进行优化。

四、演示执行

下面是ajvm对上述java代码的解释和执行过程：