共享内存的实现linux和Java

https://blog.csdn.net/kobejayandy/article/details/44633611

https://blog.csdn.net/wan_exe/article/details/56484664

共享内存IPC机制的关键，对于数据共享、系统快速查询、动态配置、减少资源耗费等均有独到的优点。

对应UNIX系统来说，共享内存分为一般共享内存和映像文件共享内存两种，而对应Windows，实际上只有映像文件共享内存一种。所以JAVA应用中，也是只能创建映像文件共享内存。

实现共享内存的步骤如下：（linux）

（1）创建内存共享区进程1通过操作系统提供的api从内存中申请一块共享区域，linux系统中可以通过shmget函数实现，生成的共享内存块与某个特定的key进行绑定。

（2）映射共享内存到进程1中

在linux环境中，可以通过shmat实现。

（3）映射共享内存到进程2中

进程2通过进程1的shmget函数和同一个key值，然后执行shmat，将这个内存映射到进程2中。

（4）进程1与进程2中相互通信

共享内存实现两个映射后，可以利用该区域进行信息交换，由于没有同步机制，需要参与通信的进程自己协商处理。

（5）撤销内存映射关系

完成通信之后，需要撤销之前的映射操作，通过shmdt函数实现。

（6）删除共享内存区

在linux中通过shctl函数来实现。

java实现

jdk1.4中提供的类MappedByteBuffer为我们实现共享内存提供了较好的方法。该缓冲区实际上是一个磁盘文件的内存映像。二者的变化将保持同步，即内存数据发生变化会立刻反映到磁盘文件中，这样会有效的保证共享内存的实现。

将共享内存和磁盘文件建立联系的是文件通道类：FileChannel。该类的加入是JDK为了统一对外部设备（文件、网络接口等）的访问方法，并且加强了多线程对同一文件进行存取的安全性。例如读写操作统一成read和write。这里只是用它来建立共享内存用，它建立了共享内存和磁盘文件之间的一个通道。

打开一个文件建立一个文件通道可以用RandomAccessFile类中的方法getChannel。该方法将直接返回一个文件通道。该文件通道由于对应的文件设为随机存取文件，一方面可以进行读写两种操作，另一方面使用它不会破坏映像文件的内容（如果用FileOutputStream直接打开一个映像文件会将该文件的大小置为0，当然数据会全部丢失）。这里，如果用 FileOutputStream和FileInputStream则不能理想的实现共享内存的要求，因为这两个类同时实现自由的读写操作要困难得多。

// 获得一个只读的随机存取文件对象  
RandomAccessFile RAFile = new RandomAccessFile(filename,"r");  
// 获得相应的文件通道  
FileChannel fc = RAFile.getChannel();  
// 取得文件的实际大小，以便映像到共享内存  
int size = (int)fc.size();  
// 获得共享内存缓冲区，该共享内存只读  
MappedByteBuffer mapBuf = fc.map(FileChannel.MAP_RO,0,size);  
// 获得一个可读写的随机存取文件对象  
RAFile = new RandomAccessFile(filename,"rw");  
// 获得相应的文件通道  
fc = RAFile.getChannel();  
  
// 取得文件的实际大小，以便映像到共享内存  
size = (int)fc.size();  
// 获得共享内存缓冲区，该共享内存可读写  
mapBuf = fc.map(FileChannel.MAP_RW,0,size);  
// 获取头部消息：存取权限  
mode = mapBuf.getInt();

如果多个应用映像同一文件名的共享内存，则意味着这多个应用共享了同一内存数据。这些应用对于文件可以具有同等存取权限，一个应用对数据的刷新会更新到多个应用中。

为了防止多个应用同时对共享内存进行写操作，可以在该共享内存的头部信息加入写操作标志。该共享内存的头部基本信息至少有：
int Length； // 共享内存的长度。
int mode; // 该共享内存目前的存取模式。

public boolean StartWrite()  
{  
if(mode == 0) { // 标志为0，则表示可写  
mode = 1; // 置标志为1，意味着别的应用不可写该共享内存  
mapBuf.flip();   
mapBuf.putInt(mode); // 写如共享内存的头部信息  
return true;  
}  
else {  
return false; // 指明已经有应用在写该共享内存，本应用不可写该共享内存  
}  
}  
  
public boolean StopWrite()  
{  
mode = 0; // 释放写权限  
mapBuf.flip();   
mapBuf.putInt(mode); // 写入共享内存头部信息  
return true;  
}

public boolean StartWrite()
{
if(mode == 0) { // 标志为0，则表示可写
mode = 1; // 置标志为1，意味着别的应用不可写该共享内存
mapBuf.flip();
mapBuf.putInt(mode); // 写如共享内存的头部信息
return true;
}
else {
return false; // 指明已经有应用在写该共享内存，本应用不可写该共享内存
}
}

public boolean StopWrite()
{
mode = 0; // 释放写权限
mapBuf.flip();
mapBuf.putInt(mode); // 写入共享内存头部信息
return true;
}

共享内存的头部信息是类的私有信息，在多个应用可以对同一共享内存执行写操作时，开始执行写操作和结束写操作时，需调用如下方法：

public boolean StartWrite()  
{  
if(mode == 0) { // 标志为0，则表示可写  
mode = 1; // 置标志为1，意味着别的应用不可写该共享内存  
mapBuf.flip();   
mapBuf.putInt(mode); // 写如共享内存的头部信息  
return true;  
}  
else {  
return false; // 指明已经有应用在写该共享内存，本应用不可写该共享内存  
}  
}  
  
public boolean StopWrite()  
{  
mode = 0; // 释放写权限  
mapBuf.flip();   
mapBuf.putInt(mode); // 写入共享内存头部信息  
return true;  
}

如果执行写操作的应用异常中止，那么映像文件的共享内存将不再能执行写操作。为了在应用异常中止后，写操作禁止标志自动消除，必须让运行的应用获知退出的应用。在多线程应用中，可以用同步方法获得这样的效果，但是在多进程中，同步是不起作用的。方法可以采用的多种技巧，这里只是描述一可能的实现：采用文件锁的方式。写共享内存应用在获得对一个共享内存写权限的时候，除了判断头部信息的写权限标志外，还要判断一个临时的锁文件是否可以得到，如果可以得到，则即使头部信息的写权限标志为1（上述），也可以启动写权限，其实这已经表明写权限获得的应用已经异常退出。

// 打开一个临时的文件，注意同一共享内存，该文件名要相同，可以在共享文件名后加后缀“.lock”。  
RandomAccessFile fis = new RandomAccessFile("shm.lock","rw");  
// 获得文件通道  
FileChannel lockfc = fis.getChannel();  
// 获得文件的独占锁，该方法不产生堵塞，立刻返回  
FileLock flock = lockfc.tryLock();  
// 如果为空，则表明已经有应用占有该锁  
if(flock == ) {  
...// 不能执行写操作  
}  
else {  
...// 可以执行写操作  
}

3、共享内存在JAVA中的应用
共享内存在JAVA应用中，经常有如下两种种应用：
永久对象配置
在JAVA服务器应用中，用户可能会在运行过程中配置一些参数，而这些参数需要永久有效，当服务器应用重新启动后，这些配置参数仍然可以对应用起作用。这就可以用到该文中的共享内存。该共享内存中保存了服务器的运行参数和一些对象运行特性。可以在应用启动时读入以启用以前配置的参数。
查询共享数据
一个应用（例 sys.JAVA）是系统的服务进程，其系统的运行状态记录在共享内存中，其中运行状态可能是不断变化的。为了随时了解系统的运行状态，启动另一个应用（例 mon.JAVA），该应用查询该共享内存，汇报系统的运行状态。
可见，共享内存在JAVA应用中还是很有用的，只要组织好共享内存的数据结构，共享内存就可以在应用开发中发挥很不错的作用。

共享内存的实现linux和Java

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