JVM直接内存

直接内存

在1.4加入Nio后，引入了Channel和Buffer的I/O方式，可使用native函数库直接分配堆外内存，然后通过DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作，这样做可使Java堆与native堆免于来回复制，提高了性能。开发中我们可以使用java.nio.DirectByteBuffer对象进行堆外内存的管理和使用，它会在对象创建的时候就分配堆外内存。

DirectByteBuffer类是在Java Heap外分配内存，对堆外内存的申请主要是通过成员变量unsafe来操作，下面介绍构造方法

DirectByteBuffer(int cap) {                 

    super(-1, 0, cap, cap);
    //内存是否按页分配对齐
    boolean pa = VM.isDirectMemoryPageAligned();
    //获取每页内存大小
    int ps = Bits.pageSize();
    //分配内存的大小，如果是按页对齐方式，需要再加一页内存的容量
    long size = Math.max(1L, (long)cap + (pa ? ps : 0));
    //用Bits类保存总分配内存(按页分配)的大小和实际内存的大小
    Bits.reserveMemory(size, cap);

    long base = 0;
    try {
       //在堆外内存的基地址，指定内存大小
        base = unsafe.allocateMemory(size);
    } catch (OutOfMemoryError x) {
        Bits.unreserveMemory(size, cap);
        throw x;
    }
    unsafe.setMemory(base, size, (byte) 0);
    //计算堆外内存的基地址
    if (pa && (base % ps != 0)) {
        // Round up to page boundary
        address = base + ps - (base & (ps - 1));
    } else {
        address = base;
    }
    cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap));
    att = null;
}

在Cleaner 内部中通过一个列表，维护了一个针对每一个 directBuffer 的一个回收堆外内存的线程对象(Runnable)，回收操作是发生在 Cleaner 的 clean() 方法中。

private static class Deallocator implements Runnable  {
    private static Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    private long address;
    private long size;
    private int capacity;
    private Deallocator(long address, long size, int capacity) {
        assert (address != 0);
        this.address = address;
        this.size = size;
        this.capacity = capacity;
    }

    public void run() {
        if (address == 0) {
            // Paranoia
            return;
        }
        unsafe.freeMemory(address);
        address = 0;
        Bits.unreserveMemory(size, capacity);
    }
}

使用堆外内存的优点

1、减少了垃圾回收因为垃圾回收会暂停其他的工作。

2、加快了复制的速度堆内在flush到远程时，会先复制到直接内存（非堆内存），然后在发送；而堆外内存相当于省略掉了这个工作。

同样任何一个事物使用起来有优点就会有缺点，堆外内存的缺点就是内存难以控制，使用了堆外内存就间接失去了JVM管理内存的可行性，改由自己来管理，当发生内存溢出时排查起来非常困难。

使用DirectByteBuffer的注意事项

java.nio.DirectByteBuffer对象在创建过程中会先通过Unsafe接口直接通过os::malloc来分配内存，然后将内存的起始地址和大小存到java.nio.DirectByteBuffer对象里，这样就可以直接操作这些内存。这些内存只有在DirectByteBuffer回收掉之后才有机会被回收，因此如果这些对象大部分都移到了old，但是一直没有触发CMS GC或者Full GC，那么悲剧将会发生，因为你的物理内存被他们耗尽了，因此为了避免这种悲剧的发生， 通过-XX:MaxDirectMemorySize来指定最大的堆外内存大小，当使用达到了阈值的时候将调用System.gc来做一次full gc，以此来回收掉没有被使用的堆外内存。

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