直接内存和堆内存的性能比较

Posted 2023-02-23 zbuger

背景知识

在JDK 1.4中新加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。 
显然，本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，则肯定还是会受到本机总内存（包括RAM及SWAP区或者分页文件）的大小及处理器寻址空间的限制。服务器管理员配置虚拟机参数时，一般会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常会忽略掉直接内存，使得各个内存区域的总和大于物理内存限制（包括物理上的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。

上面这段话引用自该文章

代码实验

注意到上面这段话中的黑体字：这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据，然而这个“一些场景”具体指什么呢？我们通过代码做个实验看看。

package com.winwill.jvm;

import org.junit.Test;

import java.nio.ByteBuffer;

/**
 * @author qifuguang
 * @date 15-5-26 下午8:23
 */
public class TestDirectMemory 
    /**
     * 测试DirectMemory和Heap读写速度。
     */
    @Test
    public void testDirectMemoryWriteAndReadSpeed() 
        long tsStart = System.currentTimeMillis();
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(400);
        for (int i = 0; i < 100000; i++) 
            for (int j = 0; j < 100; j++) 
                buffer.putInt(j);
            
            buffer.flip();
            for (byte j = 0; j < 100; j++) 
                buffer.getInt();
            
            buffer.clear();
        
        System.out.println("DirectMemory读写耗用： " + (System.currentTimeMillis() - tsStart) + " ms");
        tsStart = System.currentTimeMillis();
        buffer = ByteBuffer.allocate(400);
        for (int i = 0; i < 100000; i++) 
            for (int j = 0; j < 100; j++) 
                buffer.putInt(j);
            
            buffer.flip();
            for (byte j = 0; j < 100; j++) 
                buffer.getInt();
            
            buffer.clear();
        
        System.out.println("Heap读写耗用： " + (System.currentTimeMillis() - tsStart) + " ms");
    

    /**
     * 测试DirectMemory和Heap内存申请速度。
     */
    @Test
    public void testDirectMemoryAllocate() 
        long tsStart = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 100000; i++) 
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(400);

        
        System.out.println("DirectMemory申请内存耗用： " + (System.currentTimeMillis() - tsStart) + " ms");
        tsStart = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 100000; i++) 
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(400);
        
        System.out.println("Heap申请内存耗用： " + (System.currentTimeMillis() - tsStart) + " ms");
    

 
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执行这段代码，得到的结果如下： 

结论

从上面的实验结果可以看出，直接内存在读和写的性能都优于堆内内存，但是内存申请速度却不如堆内内存，所以可以归纳一下： 直接内存适用于不常申请，但是需要频繁读取的场景，在需要频繁申请的场景下不应该使用直接内存(DirectMemory)，而应该使用堆内内存(HeapMemory)。