内存映射文件和内存映射文件Java 对象的透明持久化

Question

大家好，

我想通过内存映射文件实现Java对象的透明持久化（利用操作系统分页/交换机制）。

我的问题是：如何将 Java 对象移动到我的内存映射块？ 另外，我怎样才能强制一个新的对象实例驻留在这样的块中？

众所周知，内存映射块可以看作是一个字节数组，而我在这里真正要问的是如何重叠Java 对象的地址空间与此类数组之一？这样我们仍然可以通过对象操作数据，同时操作系统透明地处理持久性（写入脏页）。

如果Java不允许我这样做，那么跨平台和跨平台是什么？你会建议我使用垃圾收集的面向对象语言吗？

预先感谢大家。

Answer 1

实现此目的的唯一方法是使用您自己的 Java VM 并添加此功能。当然，您编写的代码不是用 Java 编写的，而是用实现 VM 的语言编写的。很久以前，Gemstone 在其对象数据库引擎中使用了这种方法。

今天的对象数据库（我正在开发一个）并不以这种方式做事。增强字节码以跟踪字段访问并使用反射或注入方法将对象转换为某种序列化形式要简单得多。这表现相当不错。如果您想支持查询，则无论如何都必须使用各个字段值来对其进行索引。

对于我们来说，为我们想要运行的所有平台维护一个虚拟机是不可能的。我们也不可能说服认真的客户将他们的整个（银行）应用程序依赖于我们定制的虚拟机。

如果您对生成基于 Java VM 的解决方案非常感兴趣：
曾经有一个有趣的Java研究项目，用于正交透明持久性，称为“Forest”。您也许能够找到旧论文甚至源代码。

如果您正在寻找一种不同的语言来直接从内存中获取“对象”：C++ 可以让您做到这一点。有一些用 C++ 编写的旧对象数据库使用这种方法。
...但是，嘿，这太疯狂了，使用页面错误来加载对象。这些对象数据库产生了不好的形象。我希望我们很快就能扭转局面。

Answer 2

据我所知这是不可能的。运行时不允许这样做有几个充分的理由。

• 对象的内存布局是 JVM 内部结构的一部分。每个 JVM 都可以自己决定如何布局对象。此布局可能会随着版本的不同而改变。当您将对象内存映射到文件时，您会遇到麻烦。当对象布局发生变化时会发生什么？崩溃，更新文件，施展魔法？最后，将对象内存映射到文件需要指定固定的对象布局。
• 如果添加/删除字段会发生什么？那么对象布局肯定已经改变了。您无法使用旧内存布局对文件进行内存映射。
• 对象还具有附加信息，例如用于虚拟函数调用的 VTable、用于锁定状态的字段等。您也想要映射它们吗？可能不是，因为那是内部运行时状态。因此，您需要始终忽略一些字节或分割对象。这将使内存布局变得极其复杂。
• 垃圾收集器通过移动对象来压缩内存以最大限度地减少碎片。因此，需要有一个对象的“固定”机制。 （出于互操作原因，这在 .NET 中是可能的）
• 垃圾收集器分代工作。一个对象如果首先分配在年轻代上。当它幸存下来时，它就会被转移到另一代。内存映射对象需要异常。

由于所有这些原因，您无法内存映射 Java/.NET 对象。支持这样的功能将使 JVM/CLR 变得极其复杂。

JVM/CLR 仍然允许您以类似数组的抽象形式访问内存映射文件，您可以在其中写入/读取字节。除此之外，您可以实现您的持久性机制。从简单的序列化到复杂的数据库。
有些对象数据库非常接近提供透明的持久性。那么对象的行为就像持久数据结构/内存映射对象。

Answer 3

你不能。

Java 在设计上强制执行类型安全和引用完整性。也就是说，如果我有一个引用类型 T 的字段，我知道它指向 T 的一个实例。（除非类型擦除引入堆污染）。这与 C++ 等“不安全”语言形成鲜明对比，在 C++ 中，引用很可能指向无效位置，而该引用可能会导致“内存损坏”。

如果 Java 允许将 byte[] 视为 Object，则它无法保证这种引用完整性。