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