大白话系列深入浅出Cleaner+虚引用完成堆外内存的回收

Posted 2021-12-18 Roninaxious

在NIO技术中，使用allocateDirect()方法可以创建直接内存；如何释放该内存呢？

(1)通过手动释放内存(Cleaner+虚引用)
(2)交给JVM进行处理（Full GC)

文章目录

• 1.直接内存的创建与销毁
• 2.通过Cleaner+虚引用完成堆外内存回收
• 3.总结创建与销毁流程
• 4.如何一步步顺序解读源码流程
• 5.使用直接内存的利弊分析

1.直接内存的创建与销毁

base = UNSAFE.allocateMemory(size);

在DirectByteBuffer类构造方法中，主要通过allocateMemory方法完成堆外内存的创建，这个方法是Unsafe类中，这个类是干什么的呢？通过名字我们可以也可以看出这个类是不安全的，也就是它是能够直接操作堆外内存，超出了JVM的管辖范围！

UNSAFE.freeMemory(address);

需要注意的是通过Unsafe开辟的直接内存，需要通过调用freeMemory手动回收(当然帮你写了）

2.通过Cleaner+虚引用完成堆外内存回收

Java对象有四种引用方式：强软弱虚
虚引用PhantomReference一般来说极少使用，而且它不能单独使用，它需要和引用队列 ReferenceQueue一块使用

首先分析allocateDirect()方法底层（DirectByteBuffer类)

通过它的构造方法可以看出创建了Cleaner对象和Deallocator对象，首先分析Cleaner对象，通过看它的源码可以得出，它的底层维护了一个双向链表，当Cleaner对象初始化时，就会加入到这个Cleaner双向链表中（而且是安全的，使用了Synchronized，Cleaner类继承了虚引用)

   public static Cleaner create(Object ob, Runnable thunk) 
        if (thunk == null)
            return null;
        return add(new Cleaner(ob, thunk));
    

当DirectByteBuffer对象不存在时，Cleaner对象不再处于引用链中，等到下一次GC时，Cleaner会被加入到ReferenceQueue队列中，并执行clean方法；将将自身从Cleaner双向链表中移除(remove），然利用多态调用了Deallocator类中的run方法释放内存

public void clean() 
        if (!remove(this))
            return;
        try 
            thunk.run();
         catch (final Throwable x) 
            AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<>() 
                    public Void run() 
                        if (System.err != null)
                            new Error("Cleaner terminated abnormally", x)
                                .printStackTrace();
                        System.exit(1);
                        return null;
                    );
        
    

public void run() 
            if (address == 0) 
                // Paranoia
                return;
            
            UNSAFE.freeMemory(address);
            address = 0;
            Bits.unreserveMemory(size, capacity);
        

3.总结创建与销毁流程

分析下图总结流程（来源百度图片）

初始时，创建了一个DirectByteBuffer对象，在DirectByteBuffer的构造函数中创建了一个Cleaner对象和Deallocator对象；Cleaner对象初始化时将自身加入到了链表中；一旦DirectByteBuffer对象被回收，那么下次GC时Cleaner(继承了虚引用）对象会被放到ReferenceQueue队列中并执行clean方法(多态调用了Deallocator中的run方法释放内存)

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4.如何一步步顺序解读源码流程

(1)ByteBuffer抽象类的allocateDirect方法

(2)DirectByteBfufer的构造方法
(3)Cleaner类的create方法
(4)Cleaner类的add方法
(5)回到第二步

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

(6)Deallocator类的构造方法

将Cleaner类中分配的直接内存的地址、大小等进行复制，因为这个类的run方法是进行内存回收的根方法。

5.使用直接内存的利弊分析

使用直接内存肯定也有坏处，否者还有堆内存什么事；使用直接内存不受JVM的管辖，稍有不慎容易造成内存泄漏！当然使用直接内存减少了GC的时间(交给了操作系统进行管理)，另一方面与磁盘交互时使用直接内存减少了复制操作，效率得到提高。