10. 直接内存

10.1 📖 概述

💬说明

直接内存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。

⚙️设置

• 直接内存大小可以通过MaxDirectMemorySize设置
• 如果不指定，默认与堆的最大值-Xmx参数值一致

🌠特点

通常，访问直接内存的速度会优于Java堆，即读写性能高。

• 因此出于性能考虑，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。

⌨️示例

使用下列代码，直接分配本地内存空间

public class BufferTest {
    private static final int BUFFER = 1024 * 1024 * 1024;
    public static void main(String[] args) {
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(BUFFER);
        System.out.println("直接内存分配完毕");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        scanner.next();
        System.out.println("直接内存开始释放");
        byteBuffer = null;
        System.gc();
    }
}

运行之后可以看到进程已分配内存：

10.2 🌀 非直接缓冲区和缓冲区

🟣非直接缓冲区

读写文件，需要与磁盘交互，需要由用户态切换到内核。在内核态时，需要内存如下图的操作。

需要两份内存存储重复数据，效率低。

🟠直接缓冲区

使用NIO时，如下图。

操作系统划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。

⌨️测试案例

分别使用BIO和NIO进行复制复联四电影文件(3.74GB)：

public class CopyFileTest {
    private static final String MOVIE_NAME = "D:/BaiduNetdiskDownload/复仇者联盟4-终局之战.mp4";
    private static final int ONE_HUNDRED_MB = 1024 * 1024 * 100;
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("BIO耗时：" + inDirectBuffer(MOVIE_NAME, MOVIE_NAME + ".copy.mp4"));
        System.out.println("NIO耗时：" + directBuffer(MOVIE_NAME, MOVIE_NAME+ ".copy.mp4")); 
    }
    /**
     * BIO复制
     */
    private static long inDirectBuffer(String src, String dest) throws IOException{
        long start = System.currentTimeMillis();
        FileInputStream inputStream = new FileInputStream(src);
        FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(dest);
        byte[] buffer = new byte[ONE_HUNDRED_MB];
        int len = 0;
        while ((len = inputStream.read(buffer)) != -1) {
            outputStream.write(buffer, 0, len);
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        inputStream.close();
        outputStream.close();
        return end - start;
    }
    /**
     * NIO复制
     */
    private static long directBuffer(String src, String dest) throws IOException{
        long start = System.currentTimeMillis();
        FileChannel inChannel = new FileInputStream(src).getChannel();
        FileChannel outChannel = new FileOutputStream(dest).getChannel();
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(ONE_HUNDRED_MB);
        while (inChannel.read(byteBuffer) != -1) {
            byteBuffer.flip();
            outChannel.write(byteBuffer);
            byteBuffer.clear();
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        inChannel.close();
        outChannel.close();
        return end - start;
    }
}

运行结果：

BIO耗时：11946
NIO耗时：9079

10.3 💢 存在的问题

🔺问题

• 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堆和直接内存的总和依然受限于操作系统能给出的最大内存。

🔻缺点

• 分配回收成本高。
• 不受JVM内存回收管理。

💌总结

java process memory = java heap + native memory

进程内存空间 = 堆空间 + 本地内存