JVM分配和回收堆外內(nèi)存的方式與注意點(diǎn)

第JVM分配和回收堆外內(nèi)存的方式與注意點(diǎn)目錄JVM內(nèi)存模型如何分配堆外內(nèi)存第一種方式：ByteBuffer#allocateDirect第二種方式：Unsafe#allocateMemory如何回收堆外內(nèi)存第一種方式：Unsafe#freeMemory第二種方式：JVM回收堆外內(nèi)存注意點(diǎn)注意點(diǎn)1：注意點(diǎn)2：引用總結(jié)

JVM內(nèi)存模型

在JVM中內(nèi)存被分成兩大塊，分別是堆內(nèi)存和堆外內(nèi)存，堆內(nèi)存就是JVM使用的內(nèi)存，而堆外內(nèi)存就是非JVM使用的內(nèi)存，一般是分配給機(jī)器使用的內(nèi)存。

那么整個(gè)內(nèi)存模型如下：

因此在JVM中正常只能分配之際獨(dú)有的內(nèi)存即堆內(nèi)存，而我們知道JVM并不建議開發(fā)者直接操作堆外內(nèi)存的，因此容易造成內(nèi)存泄漏，并且難以排查，但是在JVM中是可以操作堆外內(nèi)存的并且也可以回收堆外內(nèi)存，但是是一種不建議的方式。

如何分配堆外內(nèi)存

那么在堆內(nèi)存中如何分配堆外內(nèi)存呢？

在Java中存在兩種方式分配堆外內(nèi)存，分別是ByteBuffer#allocateDirect和Unsafe#allocateMemory。

可能第一個(gè)會(huì)經(jīng)常使用到，這是JavaNIO提供的一個(gè)分配內(nèi)存的類，在做網(wǎng)絡(luò)開發(fā)時(shí)會(huì)經(jīng)常使用該方式進(jìn)行分配內(nèi)存，而第二種方式是Unsafe的方式，我們知道Unsafe是一種不安全的類，該類是提供給開發(fā)者操作最底層數(shù)據(jù)的類，類似C或者C++直接操作內(nèi)存的方式，因此該類并不建議使用，如果使用該類分配內(nèi)存但是沒有及時(shí)回收容易造成內(nèi)存泄漏。

第一種方式：ByteBuffer#allocateDirect

該類分配內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)方式如下：

//分配10M的內(nèi)存

ByteBufferbyteBuffer=ByteBuffer.allocateDirect(10*1024*1024);

通過該方式分配堆外內(nèi)存其實(shí)最底層還是使用的是Unsafe#allocateMemory進(jìn)行分配內(nèi)存，ByteBuffer只是對(duì)Unsafe做了一層封裝。

第二種方式：Unsafe#allocateMemory

publicclassTest{

privatestaticUnsafeunsafe=null;

publicstaticvoidmain(String[]args)throwsNoSuchFieldException,IllegalAccessException{

//分配10M的內(nèi)存

FieldgetUnsafe=Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");

getUnsafe.setAccessible(true);

unsafe=(Unsafe)getUnsafe.get(null);

//分配完內(nèi)存返回內(nèi)存的地址

longaddress=unsafe.allocateMemory(10*1024*1024);

該方式中Unsafe類并不能直接被使用，但是可以通過反射的方式使用該類，該類分配內(nèi)存后需要手動(dòng)回收，不然被分配的內(nèi)存不會(huì)被釋放。

如何回收堆外內(nèi)存

說(shuō)完了如何分配內(nèi)存，那么繼續(xù)了解如何回收堆外內(nèi)存。

第一種方式：Unsafe#freeMemory

分配堆外內(nèi)存的兩種方式中，第二種Unsafe的方式其實(shí)提供了一個(gè)釋放堆外內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)如下：

publicclassTest{

privatestaticUnsafeunsafe=null;

publicstaticvoidmain(String[]args)throwsNoSuchFieldException,IllegalAccessException{

//分配10M的內(nèi)存

FieldgetUnsafe=Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");

getUnsafe.setAccessible(true);

unsafe=(Unsafe)getUnsafe.get(null);

//分配完內(nèi)存返回內(nèi)存的地址

longaddress=unsafe.allocateMemory(10*1024*1024);

//回收分配的堆外內(nèi)存

unsafe.freeMemory(address);

在Unsafe中提供了freeMemory的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行回收堆外內(nèi)存，但是前提是需要知道被分配的堆外內(nèi)存地址才可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的內(nèi)存回收。

這種回收堆外內(nèi)存的方式其實(shí)是開發(fā)者自己手動(dòng)回收，并不是由JVM引起的內(nèi)存回收，那么JVM如何回收堆外內(nèi)存呢？

第二種方式：JVM回收堆外內(nèi)存

通過ByteBuffer#allocateDirect分配的堆外內(nèi)存在JVM中其實(shí)也是存在一定的內(nèi)存占用的，具體關(guān)聯(lián)關(guān)系如下：

當(dāng)通過ByteBuffer#allocateDirect分配堆外內(nèi)存后，會(huì)將堆外內(nèi)存的地址、大小等信息通過DirectByteBuffer進(jìn)行關(guān)聯(lián)，那么堆內(nèi)存中就可以關(guān)聯(lián)到堆外內(nèi)存。

那么Cleaner又是什么東西呢？

了解Cleaner需要知道JVM中四種引用方式：強(qiáng)引用、弱引用、軟引用、虛引用，Cleaner就是虛引用的實(shí)現(xiàn)，上圖中的ReferenceQueue就是一個(gè)引用隊(duì)列，將需要回收的Cleaner放入到該隊(duì)列中，實(shí)現(xiàn)邏輯如下：

JVM執(zhí)行FullGC時(shí)會(huì)將DirectByteBuffer進(jìn)行回收，回收之后Clearner就不存在引用關(guān)系再下一次發(fā)生GC時(shí)會(huì)將Cleaner對(duì)象放入ReferenceQueue中，同時(shí)將Cleaner從鏈表中移除最后調(diào)用unsafe#freeMemory清除堆外內(nèi)存

那么可能會(huì)存在疑問，為什么DirectByteBuffer會(huì)被回收呢？

首先DirectByteBuffer是存在堆內(nèi)存中的對(duì)象，那么既然存在堆內(nèi)存中就會(huì)發(fā)生GC晉級(jí)，即晉升到老年代中，在老年代中就會(huì)發(fā)生FullGC或者OldGC。

注意點(diǎn)

注意點(diǎn)1：

在實(shí)際使用DirectByteBuffer時(shí)要避免把內(nèi)存使用完，但是在實(shí)際操作中我們可能不知道堆外內(nèi)存還剩余多少，因此我們可以在JVM中通過參數(shù)控制，通過JVM參數(shù)-XX:MaxDirectMemorySize指定堆外內(nèi)存的上限大小，當(dāng)超過指定的內(nèi)存上限大小時(shí)，會(huì)主動(dòng)觸發(fā)一次FullGC進(jìn)行回收內(nèi)存。

注意點(diǎn)2：

通過DirectByteBuffer分配內(nèi)存時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)分配內(nèi)存不夠的情況，因此JVM如果發(fā)現(xiàn)堆外內(nèi)存分配不足時(shí)，也會(huì)主動(dòng)發(fā)起一次GC，只不過這次GC是