JVM內(nèi)存模型

在JVM中內(nèi)存被分成兩大塊，分別是堆內(nèi)存和堆外內(nèi)存，堆內(nèi)存就是JVM使用的內(nèi)存，而堆外內(nèi)存就是非JVM使用的內(nèi)存，一般是分配給機(jī)器使用的內(nèi)存。

那么整個內(nèi)存模型如下：

因此在JVM中正常只能分配之際獨有的內(nèi)存即堆內(nèi)存，而我們知道JVM并不建議開發(fā)者直接操作堆外內(nèi)存的，因此容易造成內(nèi)存泄漏，并且難以排查，但是在JVM中是可以操作堆外內(nèi)存的并且也可以回收堆外內(nèi)存，但是是一種不建議的方式。

如何分配堆外內(nèi)存

那么在堆內(nèi)存中如何分配堆外內(nèi)存呢？

在Java中存在兩種方式分配堆外內(nèi)存，分別是ByteBuffer#allocateDirect和Unsafe#allocateMemory。

可能第一個會經(jīng)常使用到，這是Java NIO提供的一個分配內(nèi)存的類，在做網(wǎng)絡(luò)開發(fā)時會經(jīng)常使用該方式進(jìn)行分配內(nèi)存，而第二種方式是Unsafe的方式，我們知道Unsafe是一種不安全的類，該類是提供給開發(fā)者操作最底層數(shù)據(jù)的類，類似C或者C++直接操作內(nèi)存的方式，因此該類并不建議使用，如果使用該類分配內(nèi)存但是沒有及時回收容易造成內(nèi)存泄漏。

第一種方式：ByteBuffer#allocateDirect

該類分配內(nèi)存的實現(xiàn)方式如下：

//分配10M的內(nèi)存
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(10 * 1024 * 1024);

通過該方式分配堆外內(nèi)存其實最底層還是使用的是Unsafe#allocateMemory進(jìn)行分配內(nèi)存，ByteBuffer只是對Unsafe做了一層封裝。

第二種方式：Unsafe#allocateMemory

public class Test {
    private static Unsafe unsafe = null;
    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
        //分配10M的內(nèi)存
        Field getUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
        getUnsafe.setAccessible(true);
        unsafe = (Unsafe)getUnsafe.get(null);
        //分配完內(nèi)存返回內(nèi)存的地址
        long address = unsafe.allocateMemory(10 * 1024 * 1024);
    }
}

該方式中Unsafe類并不能直接被使用，但是可以通過反射的方式使用該類，該類分配內(nèi)存后需要手動回收，不然被分配的內(nèi)存不會被釋放。

如何回收堆外內(nèi)存

說完了如何分配內(nèi)存，那么繼續(xù)了解如何回收堆外內(nèi)存。

第一種方式：Unsafe#freeMemory

分配堆外內(nèi)存的兩種方式中，第二種Unsafe的方式其實提供了一個釋放堆外內(nèi)存的實現(xiàn)，實現(xiàn)如下：

public class Test {
    private static Unsafe unsafe = null;
    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
        //分配10M的內(nèi)存
        Field getUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
        getUnsafe.setAccessible(true);
        unsafe = (Unsafe)getUnsafe.get(null);
        //分配完內(nèi)存返回內(nèi)存的地址
        long address = unsafe.allocateMemory(10 * 1024 * 1024);
        //回收分配的堆外內(nèi)存
        unsafe.freeMemory(address);
    }
}

在Unsafe中提供了freeMemory的實現(xiàn)進(jìn)行回收堆外內(nèi)存，但是前提是需要知道被分配的堆外內(nèi)存地址才可以實現(xiàn)對應(yīng)的內(nèi)存回收。

這種回收堆外內(nèi)存的方式其實是開發(fā)者自己手動回收，并不是由JVM引起的內(nèi)存回收，那么JVM如何回收堆外內(nèi)存呢？

第二種方式：JVM回收堆外內(nèi)存

通過ByteBuffer#allocateDirect分配的堆外內(nèi)存在JVM中其實也是存在一定的內(nèi)存占用的，具體關(guān)聯(lián)關(guān)系如下：

當(dāng)通過ByteBuffer#allocateDirect分配堆外內(nèi)存后，會將堆外內(nèi)存的地址、大小等信息通過DirectByteBuffer進(jìn)行關(guān)聯(lián)，那么堆內(nèi)存中就可以關(guān)聯(lián)到堆外內(nèi)存。

那么Cleaner又是什么東西呢？

了解Cleaner需要知道JVM中四種引用方式：強(qiáng)引用、弱引用、軟引用、虛引用，Cleaner就是虛引用的實現(xiàn)，上圖中的ReferenceQueue就是一個引用隊列，將需要回收的Cleaner放入到該隊列中，實現(xiàn)邏輯如下：

• JVM執(zhí)行Full GC時會將DirectByteBuffer進(jìn)行回收，回收之后Clearner就不存在引用關(guān)系
• 再下一次發(fā)生GC時會將Cleaner對象放入ReferenceQueue中，同時將Cleaner從鏈表中移除
• 最后調(diào)用unsafe#freeMemory清除堆外內(nèi)存

那么可能會存在疑問，為什么DirectByteBuffer 會被回收呢？

首先DirectByteBuffer 是存在堆內(nèi)存中的對象，那么既然存在堆內(nèi)存中就會發(fā)生GC晉級，即晉升到老年代中，在老年代中就會發(fā)生Full GC或者Old GC。

注意點

注意點1：

在實際使用DirectByteBuffer 時要避免把內(nèi)存使用完，但是在實際操作中我們可能不知道堆外內(nèi)存還剩余多少，因此我們可以在JVM中通過參數(shù)控制，通過JVM參數(shù) -XX:MaxDirectMemorySize 指定堆外內(nèi)存的上限大小，當(dāng)超過指定的內(nèi)存上限大小時，會主動觸發(fā)一次Full GC進(jìn)行回收內(nèi)存。

注意點2：

通過DirectByteBuffer 分配內(nèi)存時，可能會出現(xiàn)分配內(nèi)存不夠的情況，因此JVM如果發(fā)現(xiàn)堆外內(nèi)存分配不足時，也會主動發(fā)起一次GC，只不過這次GC是通過System.gc() 實現(xiàn)的強(qiáng)制GC，但是在實際生產(chǎn)環(huán)境中我們都是通過JVM參數(shù) -XX:+DisableExplicitGC，禁止使用System.gc()的，因此在實際使用過程中一定要注意分配內(nèi)存的情況，避免出現(xiàn)內(nèi)存泄漏。

引用

• Netty 核心原理剖析與 RPC 實踐

總結(jié)

到此這篇關(guān)于JVM分配和回收堆外內(nèi)存的方式與注意點的文章就介紹到這了,更多相關(guān)JVM分配回收堆外內(nèi)存內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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