JVM上篇：内存与垃圾回收篇十–运行时数据区-直接内存

• 直接内存不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是《Java虚拟机规范》中定义的内存区域。

• 直接内存是在Java堆外的、直接向系统申请的内存区间。

• 来源于NIO，通过存在堆中的DirectByteBuffer操作Native内存

      public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) {
        
          return new DirectByteBuffer(capacity);
      }
  

• 通常，访问直接内存的速度会优于Java堆。即读写性能高。

  • 因此出于性能考虑，读写频繁的场合可能会考虑使用直接内存。
  • Java的NIO库允许Java程序使用直接内存，用于数据缓冲区

---

1. 查看直接内存的占用与释放

代码示例

/** * IO NIO (New IO / Non-Blocking IO):非阻塞式 * byte[] / char[] Buffer * Stream Channel * * 查看直接内存的占用与释放 */
public class BufferTest {
    
    private static final int BUFFER = 1024 * 1024 * 1024;//1GB

    public static void main(String[] args){
    
        //直接分配本地内存空间
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(BUFFER);
        System.out.println("直接内存分配完毕，请求指示！");

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        scanner.next();

        System.out.println("直接内存开始释放！");
        byteBuffer = null;
        System.gc();
        scanner.next();
    }
}

未启动程序时内存时的任务管理器

启动程序后分配了1g的直接内存的任务管理器

查看进程id

释放掉1g直接内存的任务管理器

程序关闭后的任务管理器

2. 非直接缓存与直接缓存

2.1 非直接缓存(BIO)

原来采用BIO的架构，在读写本地文件时，我们需要从用户态切换成内核态

2.2 直接缓存(NIO)

使用NIO时，如下图。操作系统划出的直接缓存区可以被Java代码直接访问，只有一份。NIO适合对大文件的读写操作

3. 使用本地内存读写数据的测试

测试代码

package com.atguigu.java;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;


public class BufferTest1 {
    

    private static final String TO = "C:\\Users\\eric\\Desktop\\test\\IOTest\\u盘备份.rar";
    private static final int _100Mb = 1024 * 1024 * 100;

    public static void main(String[] args) {
    
        long sum = 0;
        String src = "C:\\Users\\eric\\Desktop\\test\\IOTest\\u盘备份.rar";
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
    
            String dest = "C:\\Users\\eric\\Desktop\\test\\IOTest\\u盘备份-"+i+".rar";
            sum += io(src,dest);//54606
// sum += directBuffer(src,dest);//50244
        }

        System.out.println("总花费的时间为：" + sum );
    }

    private static long directBuffer(String src,String dest) {
    
        long start = System.currentTimeMillis();

        FileChannel inChannel = null;
        FileChannel outChannel = null;
        try {
    
            inChannel = new FileInputStream(src).getChannel();
            outChannel = new FileOutputStream(dest).getChannel();

            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(_100Mb);
            while (inChannel.read(byteBuffer) != -1) {
    
                byteBuffer.flip();//修改为读数据模式
                outChannel.write(byteBuffer);
                byteBuffer.clear();//清空
            }
        } catch (IOException e) {
    
            e.printStackTrace();
        } finally {
    
            if (inChannel != null) {
    
                try {
    
                    inChannel.close();
                } catch (IOException e) {
    
                    e.printStackTrace();
                }

            }
            if (outChannel != null) {
    
                try {
    
                    outChannel.close();
                } catch (IOException e) {
    
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }

        long end = System.currentTimeMillis();
        return end - start;

    }

    private static long io(String src,String dest) {
    
        long start = System.currentTimeMillis();

        FileInputStream fis = null;
        FileOutputStream fos = null;
        try {
    
            fis = new FileInputStream(src);
            fos = new FileOutputStream(dest);
            byte[] buffer = new byte[_100Mb];
            while (true) {
    
                int len = fis.read(buffer);
                if (len == -1) {
    
                    break;
                }
                fos.write(buffer, 0, len);
            }
        } catch (IOException e) {
    
            e.printStackTrace();
        } finally {
    
            if (fis != null) {
    
                try {
    
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
    
                    e.printStackTrace();
                }

            }
            if (fos != null) {
    
                try {
    
                    fos.close();
                } catch (IOException e) {
    
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }


        long end = System.currentTimeMillis();

        return end - start;
    }
}

未使用本地内存

使用本地内存

结论:使用本地内存读写会快一些

4 直接内存OOM

• 直接内存也可能导致OutofMemoryError异常
• 由于直接内存在Java堆外，因此它的大小不会直接受限于-Xmx指定的最大堆大小，但是系统内存是有限的，Java堆和直接内存的总和依然受限于操作系统能给出的最大内存
• 直接内存的缺点为：
  • 分配回收成本较高
  • 不受JVM内存回收管理
• 直接内存大小可以通过MaxDirectMemorySize设置
• 如果不指定，默认与堆的最大值-Xmx参数值一致

代码示例

/** * 本地内存的OOM: OutOfMemoryError: Direct buffer memory */
public class BufferTest2 {
    
    private static final int BUFFER = 1024 * 1024 * 20;//20MB

    public static void main(String[] args) {
    
        ArrayList<ByteBuffer> list = new ArrayList<>();

        int count = 0;
        try {
    
            while(true){
    
                ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(BUFFER);
                list.add(byteBuffer);
                count++;
                try {
    
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
    
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        } finally {
    
            System.out.println(count);
        }


    }
}

4.1 ByteBuffer.allocateDirect(BUFFER)源码

ByteBuffer.allocateDirect(BUFFER)本质上是unsafe.allocateMemory(size)

4.2 直接通过 Unsafe 类申请本地内存

代码示例

/** * -Xmx20m -XX:MaxDirectMemorySize=10m */
public class MaxDirectMemorySizeTest {
    
    private static final long _1MB = 1024 * 1024;

    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException {
    
        Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
        unsafeField.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe)unsafeField.get(null);
        while(true){
    
            unsafe.allocateMemory(_1MB);
        }

    }
}

• 设置设置JVM 参数

  -Xmx20m -XX:MaxDirectMemorySize=10m
  

• 抛出 OOM 异常

  

5. JDK7与JDK8的JVM内存结构

可以理解Java程序进程所占的内存空间 = 本地内存 + 堆空间