实时Java虚拟机中基于等价类的对象内存状态的记录跟踪方法

摘要

本发明是一种实时Java虚拟机中基于等价类的对象内存状态的记录跟踪方法。本发明方法对Java虚拟机上运行的每个方法，将方法中的所有等价类都记录在一个等价类链表中，方法内每一个对象都将包含在某一等价类中，表示内存信息的内存对象也包含在等价类中；链表中每个等价类的结构包括等价类ID、内存等价类Tag、对象集合、对象成员变量和等价类内存状态，内存等价类Tag标识等价类是否为内存信息等价类，等价类内存状态存储等价类所在的内存区域；利用等价类链表进行对象内存状态跟踪。本发明可以对程序中所有对象的所有可能的内存状态进行记录，为实时虚拟机的后续优化工作做准备，比如对象引用检查的消除等，从而提高了实时性能。

说明书

技术领域

本发明属于Java计算机应用技术领域，具体是一种实时Java虚拟机中基于等价类的对象 内存状态的记录跟踪方法。

背景技术

在Java实时规范(RealTimeSpecificationforJava,RTSJ)中，为避免内存垃圾收集器 (GarbageCollector,GC)对实时性的影响，RTSJ在标准Java堆上扩展定义了不受GC控制 的不朽内存区域和作用域内存区域；同时为避免悬空引用的出现，RTSJ定义了不同内存区域 中对象的引用规则，并且Java虚拟机将在运行时针对每一条对象赋值语句进行引用规则正确 性的检查。对象引用规则的引入，增加了实时Java程序的开发难度；而运行时对象引用检查 在一定程度上影响了系统的实时性能。

发明内容

本发明针对上述问题，提出一种创新的基于等价类的对象内存状态的记录跟踪方法，可 以对程序中所有对象的所有可能的内存状态进行记录。

本发明实时Java虚拟机中基于等价类的对象内存状态的记录跟踪方法，实现步骤如下：

首先，对Java虚拟机上运行的每个方法，将方法中的所有等价类都记录在一个等价类链 表中，方法内每一个对象都将包含在某一等价类中，表示内存信息的内存对象也包含在等价 类中。

链表中每个等价类的结构包括等价类ID、内存等价类Tag、对象集合、对象成员变量和 等价类内存状态；等价类ID用于唯一标识一个等价类，内存等价类Tag用于标识等价类是否 为内存信息等价类，对象集合包含等价类中的所有对象，对象成员变量包含等价类中所有对 象的域成员变量，等价类内存状态存储等价类所在的内存区域。

等价类内存状态指向某一等价类，被指向等价类为内存信息等价类，表示了当前等价类 所在的内存区域。如果当前等价类的内存等价类Tag标识也为内存信息等价类，此时两个内 存等价类的嵌套关系，映射表示RTSJ中作用域内存的嵌套关系。

然后，基于等价类链表进行对象内存状态跟踪。

本发明的优点与积极效果在于：利用本发明基于等价类的对象内存状态的记录跟踪方法， 可以对程序中所有对象的所有可能的内存状态进行记录，程序员或实时Java虚拟机在获得此 类内存信息后，一方面可以辅助程序员在开发过程中避免破坏对象引用规则，从而提高开发 效率；另一方面可以为实时虚拟机的后续优化工作做准备，比如对象引用检查的消除等，从 而提高实时性能。

附图说明

图1是本发明的基于等价类的对象内存状态记录结构的示意图；

图2是本发明的基于等价类的对象内存状态跟踪的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明在符合RTSJ的实时Java虚拟机平台上实现。首先，对Java虚拟机上运行的每个 方法，建立一个等价类链表，实现对象内存状态记录，如图1所示。

图1中①代表等价类链表。某个方法内的所有等价类都在此链表中，方法内每一个对象 都将包含在某一等价类中。图中Alias表示等价类，object表示对象。

图1中②代表等价类结构。等价类ID用于唯一标识一个等价类，此ID用于等价类合并 等操作；在实时Java中，内存信息由对象表示，所以内存信息也是以等价类的方式组织。所 述的内存信息是指内存区域信息，也称内存状态。内存等价类Tag(标签)用于标识当前某 一等价类是否为内存信息等价类；对象集合包含了该等价类中的所有对象，如图1③所示； 对象成员变量包含了等价类中所有对象的域成员变量，该类变量用于抽象表示对象之间的引 用关系，即等价类之间的引用关系；等价类内存状态代表了当前等价类的所有可能存在的内 存区域。如图1中④箭头所示，等价类内存状态指向某一等价类，该被指向等价类为内存信 息等价类，表示了当前等价类所在的内存区域。如果当前等价类的内存等价类Tag标识也为 内存信息等价类，此时两个内存信息等价类的嵌套关系，可以映射表示RTSJ中作用域内存 的嵌套关系。图1所示的等价类链表和等价类结构能表示等价类的内存状态。如图1中⑤所 示，在传统的逃逸分析方法中，逃逸状态为简单的三个值：stack(栈)，thread(线程)和global (全局)；在实时Java中，表示内存信息的内存对象，与普通的java对象一样包含在等价类 中，所以可以用基于等价类的内存状态，即图1所示结构来代表逃逸状态。虚线箭头代表传 统逃逸到基于等价类的逃逸的转变。

基于图1所示的等价类链表，进行对象内存状态跟踪记录的工作原理如图2所示。

如图2所示，过程内传播是指逃逸状态(内存状态)在方法内进行传播；过程间传播是 指逃逸状态通过方法调用和返回值在方法间进行传播。

步骤1：过程内传播开始后，首先判断当前方法是否有内存信息，若有，则继续步骤2； 若无，则继续步骤4；

步骤2：判断当前方法内是否存在包含实例对象的等价类，若有，则将内存信息保存到 等价类内存状态区域，即图1等价类结构的等价类内存状态中，然后继续步骤3；若无，则 继续步骤3；

步骤3：判断当前方法是否存在子方法，若有，则将内存信息传递给对应子方法，在子 方法的相关等价类的等价类内存状态中记录；若无，则继续步骤4；

如果父方法在特定内存区域执行，该内存区域由内存对象表示；子方法没有设定在特定 内存区域执行，则其子方法也在父方法所在的内存区域执行。传递的内存信息(内存状态) 即逃逸状态，需要在子方法的相关等价类的等价类内存状态中进行记录。

步骤4：过程内传播结束后，开始过程间传播。首先判断是否存在对象通过参数进行传 递，若有，则将内存信息通过参数传递给子方法的等价类，在子方法对应的等价类的等价类 内存状态中记录，然后继续步骤5；若无，则继续步骤5；

步骤5：判断是否存在对象通过返回值传递，若有，则将内存信息通过返回值传递给其 父方法中对应的等价类，在父方法对应的等价类的等价类内存状态中记录，过程间传播结束； 若无，则直接过程间传播结束。

如果子方法没有内存信息时，父方法的内存信息传递给子方法；如果子方法也被设定在 不同于父方法的内存区域运行，即子方法也有自己的内存信息，则不需要将父方法的内存信 息传递给子方法。

通过基于等价类的内存状态的跟踪记录方法，可以完备且有效的记录等价类中所有对象 的内存信息，能有效降低实时Java开发难度，并且为实时Java虚拟机后续有关内存优化工作 做充分准备。