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為什么需要使用堆外內(nèi)存
- 將長期存活的對象(如 Local Cache )移入堆外內(nèi)存( off-heap衰伯，又名直接內(nèi)存 direct-memory)牧抵，從而減少 CMS 管理的對象數(shù)量, 以降低 Full GC 的次數(shù)和頻率帅刊，達(dá)到提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的目的法挨。
- 加快了復(fù)制的速度：堆內(nèi)在 flush 到遠(yuǎn)程時(shí)吱涉，會先復(fù)制到直接內(nèi)存，然后在發(fā)送捺疼；而堆外內(nèi)存相當(dāng)于省略掉了這個(gè)工作疏虫。
堆外內(nèi)存不是 JVM 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū) Runtime Data Area 的一部分，這部分內(nèi)存區(qū)域直接被操作系統(tǒng)管理啤呼，JVM 通過 JNI 本地接口操作堆外內(nèi)存卧秘。
堆外內(nèi)存的使用
在 JDK 1.4以前，對這部分內(nèi)存訪問沒有光明正大的做法：只能通過反射拿到 Unsafe 類官扣，然后調(diào)用allocateMemory()/freeMemory()來申請/釋放這塊內(nèi)存翅敌。
1.4 開始新加入了 NIO，它引入了一種基于 Channel 與 Buffer 的 I/O 方式醇锚，可以使用 Native 函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存哼御，然后通過一個(gè)存儲在 Java 堆里面的 DirectByteBuffer 對象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作坯临，ByteBuffer 提供了如下常用方法來跟堆外內(nèi)存打交道：
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public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity)- 分配堆外內(nèi)存，返回一個(gè)
DirectByteBuffer堆外內(nèi)存對象return new DirectByteBuffer(capacity);
- 分配堆外內(nèi)存，返回一個(gè)
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public abstract ByteBuffer put(byte b);- 向堆外內(nèi)存中存放一個(gè)字節(jié)
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public abstract byte get();- 從堆外內(nèi)存中讀取一個(gè)字節(jié)
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public final ByteBuffer put(byte[] src)- 向堆外內(nèi)存中存放一個(gè)字節(jié)數(shù)組
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public ByteBuffer get(byte[] dst)- 從堆外內(nèi)存中讀取一個(gè)字節(jié)數(shù)組
-
public abstract ByteBuffer putInt(int value);- 向堆外內(nèi)存中存放一個(gè)
int
- 向堆外內(nèi)存中存放一個(gè)
-
public abstract int getInt();- 從堆外內(nèi)存中讀取一個(gè)
int
- 從堆外內(nèi)存中讀取一個(gè)
-
public abstract IntBuffer asIntBuffer()- 轉(zhuǎn)換為一個(gè)
IntBuffer
- 轉(zhuǎn)換為一個(gè)
-
public abstract ByteBuffer putLong(long value);同上恋昼，以此類推 -
public abstract boolean isDirect();- 判斷是否為堆外內(nèi)存
ByteBuffer 包含了如下的幾個(gè)屬性：
-
private int mark = -1;：標(biāo)記位置看靠，記錄當(dāng)前position的值 -
private int position = 0;：當(dāng)前位置 -
private int limit;：限制大小 -
private int capacity;：空間容量 - 基本關(guān)系
mark <= position <= limit <= capacity
示例如下：
public static void main(String[] args) {
ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(1024);
bb.putChar('A');
bb.putInt(123);
System.out.println("capacity: " + bb.capacity());
System.out.println("limit: " + bb.limit());
System.out.println("position: " + bb.position());
bb.position(0);
System.out.println(bb.getChar());
System.out.println(bb.getInt());
}
輸出：
capacity: 1024
limit: 1024
position: 6
A
123
堆外內(nèi)存的設(shè)置
堆外內(nèi)存的限額默認(rèn)與堆內(nèi)內(nèi)存(由-XMX 設(shè)定)相仿，可用 -XX:MaxDirectMemorySize 重新設(shè)定液肌。
當(dāng)使用達(dá)到了閾值的時(shí)候?qū)⒄{(diào)用 System.gc 來做一次 Full GC挟炬，以此來回收掉沒有被使用的堆外內(nèi)存。
堆外內(nèi)存的分配
在 DirectByteBuffer 中嗦哆，首先向 Bits 類申請額度谤祖，Bits 類有一個(gè)全局的 totalCapacity 變量，記錄著全部 DirectByteBuffer 的總大小老速，每次申請粥喜，都先看看是否超限：
- 如果已經(jīng)超限，會主動(dòng)執(zhí)行
Sytem.gc()橘券，期待能主動(dòng)回收一點(diǎn)堆外內(nèi)存额湘。然后休眠一百毫秒，看看totalCapacity降下來沒有旁舰，如果內(nèi)存還是不足锋华，就拋出大家最頭痛的 OOM 異常。 - 如果額度被批準(zhǔn)箭窜，就調(diào)用大名鼎鼎的
sun.misc.Unsafe去分配內(nèi)存毯焕，返回內(nèi)存基地址，Unsafe的 C++實(shí)現(xiàn)在此磺樱，標(biāo)準(zhǔn)的malloc纳猫。然后再調(diào)一次Unsafe把這段內(nèi)存給清零。
堆外內(nèi)存的回收
堆外內(nèi)存基于 GC 的回收
存在于堆內(nèi)的 DirectByteBuffer 對象很小竹捉，只存著基地址和大小等幾個(gè)屬性续担，和一個(gè) Cleaner，但它代表著后面所分配的一大段內(nèi)存活孩，是所謂的冰山對象。
通過前面說的 Cleaner乖仇，堆內(nèi)的 DirectByteBuffer 對象被 GC 時(shí)憾儒，它背后的堆外內(nèi)存也會被回收。
這里可以看到一種尷尬的情況乃沙，因?yàn)?DirectByteBuffer 本身的個(gè)頭很小起趾，只要熬過了 Young GC，即使已經(jīng)失效了也能在老生代里舒服的呆著警儒，不容易把老生代撐爆觸發(fā) Full GC训裆，如果沒有別的大塊頭進(jìn)入老生代觸發(fā)Full GC眶根，就一直在那耗著，占著一大片堆外內(nèi)存不釋放边琉。
這時(shí)属百，就只能靠前面提到的申請額度超限時(shí)觸發(fā)的 System.gc()來救場了。
堆外內(nèi)存的主動(dòng)回收
對于 Sun 的 JDK 這其實(shí)很簡單变姨，只要從 DirectByteBuffer 里取出那個(gè) sun.misc.Cleaner族扰，然后調(diào)用它的 clean() 就行。
例如：
((DirectBuffer)bb).cleaner().clean();
引用：
JVM初探——使用堆外內(nèi)存減少Full GC
Netty之Java堆外內(nèi)存掃盲貼
從0到1起步-跟我進(jìn)入堆外內(nèi)存的奇妙世界
