Java技术专题较为深度的分析JVM的直接内存「上篇」
Posted 浩宇の天尚
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Java技术专题较为深度的分析JVM的直接内存「上篇」相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
每日一句
我们始于迷惘,终于更高水平的迷惘。(我最喜欢的名句,哈哈)
JDK7和JDK8的内存结构对比
从上面的图中可以看到Java8相比Java7来讲将方法区的实现,从非堆空间(其实逻辑与堆相连,所属于运行时数据区内部)迁移到了本地内存中,不会造成FullGC过多的压力以及与老年代的耦合度过高的问题,减少FullGC的扫描范围,从而改为手动去回收机制(也可以自动回收需要配置调整)。
之前的文章里面介绍了JVM的运行时数据区的相关介绍,一直对直接内存的研究和学习较少,现在我们就开始介绍一下直接内存的分配方式以及回收方式。
直接内存的定义
1. 常见于NIO操作时,用于数据缓冲区(ByteBuffer.allocate),当然也可以采用Unsafe类进行native方法运作进行申请直接内存。
2. 分配回收成本较高(属于操作系统内存),但读写性能高。(因为直接内存不需要经过JVM解释器进行地址映射转换到系统真正内存,故此读写速度会比堆内存在快很多,但是申请和回收机制角度而言复杂,因为属于直接由操作系统进行管理,而非JVM直接进行管理。
3. 不受JVM内存回收管理(依旧存在内存溢出的问题),此外受限制与操作系统物理内存,以及我们可以手动设置它的阈值(MaxDirectMemory),默认情况下来讲直接内存几乎没有限制(当没有超出物理内存的控制而言)
4. jvm的内存分配与回收是自动的,不需要手动调用任何的方法,但是直接内存需要我们手动调用方法。
直接内存基本使用(IO操作举例)
- Java堆内存:
- 使用直接内存后,可以减少步骤:
可以看出来,直接内存无需进行与java堆内存进行映射和转换,可以直接去操作系统内存。
直接内存导致的内存溢出问题
书写程序:每次都分配直接内存,直到内存溢出
public class Test1
static int _100Mb=1024*1024*100;
public static void main(String[] args)
List<ByteBuffer> list=new ArrayList<>();
int i=0;
try
while (true)
ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocateDirect(_100Mb);
list.add(byteBuffer);
i++;
finally
System.out.println(i);
测试结果:
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 pers.zhb.test.Test1.main(Test1.java:15)
直接内存的分配与回收(底层通过Unsafe对象管理)
直接内存的分配与回收
运行程序前:
直接内存的分配与释放程序:
public class Test1
static int _1Gb=1024*1024*1024;
public static void main(String[] args) throws IOException
ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocateDirect(_1Gb);
System.out.println("分配完毕");
System.in.read();
System.out.println("开始释放");
byteBuffer=null;
System.gc();
分配直接内存后:
可以看出来相关的多出一个java的进程,并且内存占用1037M,所以也证实了我们的猜测和预想。
在IDEA的控制台点击回车对内存进行释放:
可以看到恢复到了原始的状态。
控制台打印出分配与回收的提示:
分配完毕
开始释放
Process finished with exit code 0
其中System.gc() ,强制执行FullGC,回收掉byteBuffer对象
至此,我们的推测全部验证通过,直接内存会采用另外一个进程去存储相关的系统内存区域,并且不属于jvm内存之内的管理。
Unsafe实现对直接内存的分配与回收:
public class Test1
static int _1Gb=1024*1024*1024;
public static void main(String[] args) throws IOException
Unsafe unsafe=getUnsafe();
//分配内存
long base=unsafe.allocateMemory(_1Gb);
unsafe.setMemory(base,_1Gb,(byte)0);
System.in.read();
//释放内存
unsafe.freeMemory(base);
System.in.read();
public static Unsafe getUnsafe()
Field field= null;
try
field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
catch (NoSuchFieldException e)
e.printStackTrace();
field.setAccessible(true);
Unsafe unsafe= null;
try
unsafe = (Unsafe)field.get(null);
catch (IllegalAccessException e)
e.printStackTrace();
return unsafe;
jvm的内存分配与回收是自动的,不需要手动调用任何的方法,但是直接内存需要我们手动调用方法。
ByteBuffer源码
ByteBuffer (属于工具方法、工厂方法)
ByteBuffer byteBuffer= ByteBuffer.allocateDirect(_1Gb);
allocateDirect(分配内存方法)
public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity)
return new DirectByteBuffer(capacity);
DirectByteBuffer(直接内存的对象)
DirectByteBuffer(int cap)
super(-1, 0, cap, cap);
boolean pa = VM.isDirectMemoryPageAligned();
int ps = Bits.pageSize();
long size = Math.max(1L, (long)cap + (pa ? ps : 0));
Bits.reserveMemory(size, cap);
long base = 0;
try
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;
cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap));
att = null;
底层用到的依旧是unsafe对象
优缺点
优点
- 减少了垃圾回收
堆外内存是直接受操作系统管理(不是JVM)。这样做能保持一个较小的堆内内存,以减少垃圾收集对应用的影响。
- 提升IO速度
堆内内存由JVM管理,属于“用户态”;而堆外内存由OS管理,属于“内核态”。如果从堆内向磁盘写数据时,数据会被先复制到堆外内存,即内核缓冲区,然后再由OS写入磁盘,使用堆外内存避免了这个操作。
缺点
- 没有JVM协助管理内存,需要我们自己手动来管理堆外内存,防止内存溢出同时也为了避免一直有FULL GC,最终导致物理内存被耗完。
我们会指定直接内存的最大值,通过-XX:MaxDirectMemorySize来指定,当达到阈值的时候,调用system.gc来进行一次full gc,把那些没有被使用的直接内存回收掉。
- 此外,分配直接内存和回收内存的性能和速度也比较复杂,所以成本也会很高,特别是回收需要FullGC、分配内存的时候,需要切换一次用户态到系统态的操作,分配直接内存,从而用用户态的句柄来引用系统态的内存空间。
以上是关于Java技术专题较为深度的分析JVM的直接内存「上篇」的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章
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