【Java核心-基础】DirectBuffer 和 MappedByteBuffer

简述

Java NIO 中提供了 DirectBuffer、MappedByteBuffer 以提高IO效率。

 

DirectBuffer

DirectBuffer 占用的是 堆外内存。JVM 会在 DirectBuffer 上直接使用 “本地IO操作”（Native I/O Operations）。
Buffer 的地址对“本地IO操作”非常关键。所以在操作 堆内Buffer 时，JVM需要将其数据先复制到一个堆外Buffer，让“本地IO操作”读写此堆外Buffer。
这样可以防止GC活动改变堆内Buffer地址的影响（寻址更简单）。
所以使用DirectBuffer可以避免额外的数据复制，提高IO效率。同时也可以降低GC的工作量。

当需要 容量较大 且 长期使用 的缓存时可考虑使用 DirectBuffer。当然也需要测试确定是否能获得性能提升。
 

ByteBuffer buffer =  ByteBuffer.allocateDirect(1024);

public abstract class ByteBuffer {
  public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) {
    return new DirectByteBuffer(capacity);
  }

  public static ByteBuffer allocate(int capacity) {
    if (capacity<0)
      throw createCapacityException(capacity);
    return new HeapByteBuffer(capacity, capacity);
  }
  ...
}

 

MappedByteBuffer

MappedByteBuffer 可以 将文件内容映射到内存，供应用程序直接使用，省去数据在 内核空间 和 用户空间 之间传输的损耗。
它本质上也是一种 DirectBuffer。JDK 中用的是它的子类 DirectByteBuffer，这个类就实现了 DirectBuffer 接口。

MappedByteBuffer buffer = fileChannel.map(MapMode.READ_ONLY, 0, 1024);

 

内存管理

设置最大允许内存

对于这些占用堆外内存的对象，可以通过启动参数来设置最大占用空间。

如 -XX:MaxDirectMemory=512M

 

内存回收

DirectBuffer 一般是在 Full GC 时被回收。 可以显式调用 System.gc() 强制触发GC。
也可以像Netty那样 hack 到内部 主动调用释放方法；禁用显式调用 gc（-XX:+DisableExplicitGC）。

DirectByteBuffer 的内部类 Deallocator 实现了具体的回收方法。由 Cleaner 调用该方法。

private static class Deallocator implements Runnable{
  ...
  public void run() {
    if (address == 0) {
      return;
    }
    UNSAFE.freeMemory(address);
    address = 0;
    Bits.unreserveMemory(size, capacity);
  }
}

 

诊断 和 跟踪 内存占用

可通过 JConsole 等一些图形化工具查看这些堆外内存。
也可以通过 jcmd 命令行查看：

• 通过启动参数开启 Native Memory Tracking (NMT) 特性。（这会导致可观的性能下降）

• 通过 jcmd 查看相关信息。

  如： jcmd <pid> VM.native_memory detail
  jcmd <pid> VM.native_memory baseline
  jcmd <pid> VM.native_memory detail.diff