直接内存概述
- 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
- 通常，访问直接内存速度会由于Java堆，即读写性能高。
- 因为出于性能考虑，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
直接内存占用代码示例
/** * 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(); } }
运行后，根据jps指令查看PID,在任务管理器中可以看到具体的内存占用
> jps 20192 BufferTest
可以看到占用1G多的内存空间，随便输入一串文字
可以看到内存占用降到18.3M
使用直接内存的原因
读写文件，需要与磁盘交互，需要由用户态切换到内核太。在内核太时，需要内存如下图的操作，使用IO,这里需要两份内存存储重复数据，效率低
使用NIO时，如下图，操作系统划分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。
代码示例：
/** * io与nio例子 */ public class BufferTest1 { private static final String FILE = "D:\\迅雷下载\\新建文件夹\\XXX.mkv"; private static final int _10Mb = 1024 * 1024 * 10; public static void main(String[] args) { long sum = 0; String src = FILE; for (int i = 0; i < 3; i++) { String dest = "D:\\迅雷下载\\新建文件夹\\XXX" + i + ".mkv"; sum += directBudder(src, dest); // 总花费时间为：31345 // sum += io(src, dest); // 总花费时间为：62520 } System.out.println("总花费时间为：" + sum); } private static long directBudder(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(_10Mb); 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[_10Mb]; while (true) { int len = fis.read(buffer); if (len == -1) { break; } fos.write(buffer, 0, len); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } long end = System.currentTimeMillis(); return end - start; } }
结论：在视频大小1.5G的情况下，io耗时62520，nio耗时31345，nio较快
直接内存的特性：
- 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堆和直接内存和依然受限于操作系统能给出的最大内存。
- 缺点：
- 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-XX:MaxDirectMemorySize设置
- 如果不指定，默认与堆的最大值-Xmx参数值一致。
直接内存 OOM代码示例
/** * 本地内存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) { // 使用直接内存 ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(BUFFER); list.add(byteBuffer); count++; try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }finally { System.out.println(count); } } }
运行结果：
362 Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory at java.nio.Bits.reserveMemory(Bits.java:694) at java.nio.DirectByteBuffer.<init>(DirectByteBuffer.java:123) at java.nio.ByteBuffer.allocateDirect(ByteBuffer.java:311) at BufferTest2.main(BufferTest2.java:19)
UnSafe OutOfMemoryError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); } } }
运行结果：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method) at MaxDirectMemorySizeTest.main(MaxDirectMemorySizeTest.java:17)
结论：直接内存也会OOM
简单理解：
java process memory = java heap + native memory
