堆外內(nèi)存簡(jiǎn)介

DirectByteBuffer 這個(gè)類是 JDK 提供使用堆外內(nèi)存的一種途徑，當(dāng)然常見的業(yè)務(wù)開發(fā)一般不會(huì)接觸到，即使涉及到也可能是框架（如 Netty、RPC 等）使用的，對(duì)框架使用者來說也是透明的。

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堆外內(nèi)存優(yōu)勢(shì)

堆外內(nèi)存優(yōu)勢(shì)在 IO 操作上，對(duì)于網(wǎng)絡(luò) IO，使用 Socket 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，能夠節(jié)省堆內(nèi)存到堆外內(nèi)存的數(shù)據(jù)拷貝，所以性能更高?？催^ Netty 源碼的同學(xué)應(yīng)該了解，Netty 使用堆外內(nèi)存池來實(shí)現(xiàn)零拷貝技術(shù)。對(duì)于磁盤 IO 時(shí)，也可以使用內(nèi)存映射，來提升性能。另外，更重要的幾乎不用考慮堆內(nèi)存煩人的 GC 問題。

堆外內(nèi)存創(chuàng)建

我們直接來看代碼，首先向 Bits 類申請(qǐng)額度，Bits 類內(nèi)部維護(hù)著當(dāng)前已經(jīng)使用的堆外內(nèi)存值，會(huì) check 當(dāng)前申請(qǐng)的大小與已經(jīng)使用的內(nèi)存大小是否超過總的堆外內(nèi)存大?。J(rèn)大小與堆內(nèi)存差不多，其實(shí)是有細(xì)微區(qū)別的，拿 CMS GC 來舉例，它的大小是新生代的最大值 - 一個(gè) survivor 的大小 + 老生代的最大值），可以使用 -XX:MaxDirectMemorySize 參數(shù)指定堆外內(nèi)存最大大小。

如果 check 不通過，會(huì)主動(dòng)執(zhí)行 System.gc()，然后 sleep 100 毫秒，再進(jìn)行 check，如果內(nèi)存還是不足，就拋出 OOM Error。

如果 check 通過，就會(huì)調(diào)用 unsafe.allocateMemory 真正分配內(nèi)存，返回內(nèi)存地址，然后再將內(nèi)存清 0。題外話，這個(gè) unsafe 命名看著是不是很嚇人，這個(gè) unsafe 不是說不安全，而是 JDK 內(nèi)部使用的類，不推薦外部使用，所以叫 unsafe，Netty 源碼內(nèi)部也有類似命名。

由于申請(qǐng)內(nèi)存前可能會(huì)調(diào)用 System.gc()，所以謹(jǐn)慎設(shè)置 -XX:+DisableExplicitGC 這個(gè)選項(xiàng)，這個(gè)參數(shù)作用是禁止代碼中顯示觸發(fā)的 Full GC。

堆外內(nèi)存回收

cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator (base, size, cap));

看到這段代碼從成員的命名上就應(yīng)該知道，是用來回收堆外內(nèi)存的。確實(shí)，但是它是如何工作的呢？接下來我們看看 Cleaner 類。

Cleaner 類，內(nèi)部維護(hù)了一個(gè) Cleaner 對(duì)象的鏈表，通過 create(Object, Runnable) 方法創(chuàng)建 cleaner 對(duì)象，調(diào)用自身的 add 方法，將其加入到鏈表中。更重要的是提供了 clean 方法，clean 方法首先將對(duì)象自身從鏈表中刪除，保證只調(diào)用一次，然后執(zhí)行 this.thunk 的 run 方法，thunk 就是由創(chuàng)建時(shí)傳入的 Runnable 參數(shù)，也就是說 clean 只負(fù)責(zé)觸發(fā) Runnable 的 run 方法，至于 Runnable 做什么任務(wù)它不關(guān)心。

那 DirectByteBuffer 傳進(jìn)來的 Runnable 是什么呢？

Deallocator 類的對(duì)象就是 DirectByteBuffer 中的 cleaner 傳進(jìn)來的 Runnable 參數(shù)類，我們直接看 run 方法 unsafe.freeMemory 釋放內(nèi)存，然后更新 Bits 里已使用的內(nèi)存數(shù)據(jù)。

接下來我們關(guān)注各個(gè)環(huán)節(jié)是如何串起來的？這里主要講兩種回收方式：一種是自動(dòng)回收，一種是手動(dòng)回收。

如何自動(dòng)回收？

Java 是不用用戶去管理內(nèi)存的，所以 Java 對(duì)堆外內(nèi)存 默認(rèn)是自動(dòng)回收的。它是 由 GC 模塊負(fù)責(zé)的，在 GC 時(shí)會(huì)掃描 DirectByteBuffer 對(duì)象是否有有效引用指向該對(duì)象，如沒有，在回收 DirectByteBuffer 對(duì)象的同時(shí)且會(huì)回收其占用的堆外內(nèi)存。但是 JVM 如何釋放其占用的堆外內(nèi)存呢？如何跟 Cleaner 關(guān)聯(lián)起來呢？

這得從 Cleaner 繼承了 PhantomReference（虛引用） 說起。說到 Reference，還有 SoftReference、WeakReference、FinalReference 他們作用各不相同，這里就不展開說了。

簡(jiǎn)單介紹 PhantomReference，首先虛引用是不會(huì)影響 JVM 去回收其指向的對(duì)象，當(dāng) GC 某個(gè)對(duì)象時(shí)，如果有此對(duì)象上還有虛引用對(duì)其引用，會(huì)將 PhantomReference 對(duì)象插入 ReferenceQueue 隊(duì)列。

PhantomReference插入到哪個(gè)隊(duì)列呢？看 PhantomReference 類代碼，其繼承自 Reference，Reference 對(duì)象有個(gè) ReferenceQueue 成員，這個(gè)也就是 PhantomReference 對(duì)象插入的 ReferenceQueue 隊(duì)列，此成員如果不由外部傳入就是 ReferenceQueue.NULL。如果需要通過 queue 拿到 PhantomReference 對(duì)象，這個(gè) ReferenceQueue 對(duì)象還是必須由外部傳入。

Reference 類內(nèi)部 static 靜態(tài)塊會(huì)啟動(dòng) ReferenceHandler 線程，線程優(yōu)先級(jí)很高，這個(gè)線程是用來處理 JVM 在 GC 過程中交接過來的 reference。想必經(jīng)常用 jstack 命令，看線程堆棧的同學(xué)應(yīng)該見到過這個(gè)線程。

我們來看看 ReferenceHandler 是如何處理的？直接看 run 方法，首先是個(gè)死循環(huán)，一直在那不停的干活，synchronized 塊內(nèi)的這段主要是交接 JVM 扔過來的 reference（就是 pending），再往下看，很明顯，調(diào)用了 cleaner 的 clean 方法。調(diào)完之后直接 continue 結(jié)束此次循環(huán)，這個(gè) reference 并沒有進(jìn)入 queue，也就是說 Cleaner 虛引用是不放入 ReferenceQueue。

這塊有點(diǎn)想不通，既然不放入 ReferenceQueue，為什么 Cleaner 類還是初始化了這個(gè) ReferenceQueue。

如何手動(dòng)回收？

手動(dòng)回收，就是由開發(fā)手動(dòng)調(diào)用 DirectByteBuffer 的 cleaner 的 clean 方法來釋放空間。由于 cleaner 是 private 反問權(quán)限，所以自然想到使用反射來實(shí)現(xiàn)。

還有另一種方法，DirectByteBuffer 實(shí)現(xiàn)了 DirectBuffer 接口，這個(gè)接口有 cleaner 方法可以獲取 cleaner 對(duì)象。

Netty 中的堆外內(nèi)存池就是使用反射來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)回收方式進(jìn)行回收的。

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很多時(shí)候，我們?cè)趯W(xué)習(xí)一門技術(shù)時(shí)候往往限于眼前而很難突破，也就是通俗意義上的思維固化，這個(gè)時(shí)候你就需要用另一種思維來打破現(xiàn)狀。學(xué)習(xí)的目的在于擴(kuò)寬自己的視野、發(fā)散自己的思維，以更完備的視角去迎接人生的抉擇。

網(wǎng)頁題目：Java堆外內(nèi)存回收原理
網(wǎng)頁URL：http://aaarwkj.com/article26/igigcg.html

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