DirectByteBuffer堆外内存

DirectByteBuffer是Java用于实现堆外内存的一个重要类，我们可以通过该类实现堆外内存的创建、使用和销毁。

而DirectByteBuffer中的unsafe.allocateMemory(size);是个一个native方法，这个方法分配的是堆外内存，通过C的malloc来进行分配的。

分配的内存是系统本地的内存，并不在Java的内存中，也不属于JVM管控范围，所以在DirectByteBuffer一定会存在某种方式来操纵堆外内存。

在DirectByteBuffer的父类Buffer中有个address属性

address只会被直接缓存给使用到。

之所以将address属性升级放在Buffer中，是为了在JNI调用GetDirectBufferAddress时提升它调用的速率。

address表示分配的堆外内存的地址

MappedByteBuffer

1、在建立映射关系时，MappedByteBuffer利用了JDK NIO的FileChannel类提供的map()方法把文件对象映射到虚拟内存

2、在建立映射关系时，MappedByteBuffer利用了JDK NIO的FileChannel提供的map()方法把文件对象映射到虚拟内存

3、map()方法的实现，可以发现最终其通过调用native方法map0()完成文件对象的映射工作，同时使用Util.newMappedByteBuffer()方法初始化MappedByteBuffer实例，但最终返回的是DirectByteBuffer的实例

4、MappedByteBuffer的get()方法来获取内存数据是最终通过DirectByteBuffer.get()方法实现（底层通过unsafe.getByte()方法，以“地址 + 偏移量”的方式获取指定映射至内存中的数据）

堆外内存的分配

 DirectByteBuffer(int cap) {                   // package-private
        super(-1, 0, cap, cap);
        boolean pa = VM.isDirectMemoryPageAligned();
        int ps = Bits.pageSize();
        long size = Math.max(1L, (long)cap + (pa ? ps : 0));
        // 保留总分配内存(按页分配)的大小和实际内存的大小
        Bits.reserveMemory(size, cap);

        long base = 0;
        try {
            // 通过unsafe.allocateMemory分配堆外内存，并返回堆外内存的基地址
            //并将这个地址赋值给了address属性
            //后面通过JNI对这个堆外内存操作时都是通过这个address来实现的了
            base = unsafe.allocateMemory(size);
        } catch (OutOfMemoryError x) {
            Bits.unreserveMemory(size, cap);
            throw x;
        }
        unsafe.setMemory(base, size, (byte) 0);
        if (pa && (base % ps != 0)) {
            // Round up to page boundary
            address = base + ps - (base & (ps - 1));
        } else {
            address = base;
        }
        // 构建Cleaner对象用于跟踪DirectByteBuffer对象的垃圾回收
        //以实现当DirectByteBuffer被垃圾回收时，堆外内存也会被释放
        cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap));
        att = null;
    }

堆外内存回收

Cleaner是PhantomReference的子类，并通过自身的next和prev字段维护的一个双向链表。

PhantomReference的作用在于跟踪垃圾回收过程，并不会对对象的垃圾回收过程造成任何的影响。

所以cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap)); 用于对当前构造的DirectByteBuffer对象的垃圾回收过程进行跟踪。

当DirectByteBuffer对象从pending状态 ——> enqueue状态时，会触发Cleaner的clean()，而Cleaner的clean()的方法会实现通过unsafe对堆外内存的释放

下面是Cleaner的clean方法

thunk方法

通过配置参数的方式来回收堆外内存

同时我们可以通过-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

什么情况下使用堆外内存

堆外内存适用于生命周期中等或较长的对象。( 如果是生命周期较短的对象，在YGC的时候就被回收了，就不存在大内存且生命周期较长的对象在FGC对应用造成的性能影响 )。
直接的文件拷贝操作，或者I/O操作。直接使用堆外内存就能少去内存从用户内存拷贝到系统内存的操作，因为I/O操作是系统内核内存和设备间的通信，而不是通过程序直接和外设通信的。
同时，还可以使用池+堆外内存的组合方式，来对生命周期较短，但涉及到I/O操作的对象进行堆外内存的再使用。( Netty中就使用了该方式 )
在进程间可以共享，减少虚拟机间的复制

堆外内存 VS 内存池

内存池：主要用于两类对象：①生命周期较短，且结构简单的对象，在内存池中重复利用这些对象能增加CPU缓存的命中率，从而提高性能；②加载含有大量重复对象的大片数据，此时使用内存池能减少垃圾回收的时间。
堆外内存：它和内存池一样，也能缩短垃圾回收时间，但是它适用的对象和内存池完全相反。内存池往往适用于生命期较短的可变对象，而生命期中等或较长的对象，正是堆外内存要解决的。

DirectByteBuffer堆外内存

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