1.直接内存概述

它不能存在于JVM内存结构中

属于操作系统，常见于NIO操作时，用于数据缓冲区
bytebuffer所使用的内存就是直接内存
分配回收成本较高，但读写性能高

不受JVM内存回收管理

通过以下程序测试直接内存的读写性能

/*** 演示 ByteBuffer 作用*/
public class Demo1_9 {//文件大概200Mstatic final String FROM = "E:\\编程资料\\第三方教学视频\\youtube\\Getting Started with Spring Boot-sbPSjI4tt10.mp4";static final String TO = "E:\\a.mp4";static final int _1Mb = 1024 * 1024;        //    //读写缓冲区代码都使用1Mpublic static void main(String[] args) {io(); // io 用时：1535.586957 1766.963399 1359.240226directBuffer(); // directBuffer 用时：479.295165 702.291454 562.56592}
//使用byprivate static void directBuffer() {long start = System.nanoTime();try (FileChannel from = new FileInputStream(FROM).getChannel();FileChannel to = new FileOutputStream(TO).getChannel();) {ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(_1Mb);while (true) {int len = from.read(bb);if (len == -1) {break;}bb.flip();to.write(bb);bb.clear();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}long end = System.nanoTime();System.out.println("directBuffer 用时：" + (end - start) / 1000_000.0);}//private static void io() {long start = System.nanoTime();try (FileInputStream from = new FileInputStream(FROM);FileOutputStream to = new FileOutputStream(TO);) {byte[] buf = new byte[_1Mb];while (true) {int len = from.read(buf);if (len == -1) {break;}to.write(buf, 0, len);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}long end = System.nanoTime();System.out.println("io 用时：" + (end - start) / 1000_000.0);}
}

2.基本使用

为了使用直接内存，文件读写效率会大大提高。
Java要想读写磁盘，就需要调用操作系统提供的函数，也就是之前native函数。CPU状态会从用户态切换到内核态。当切换到内核态之后，CPU函数就能读取磁盘文件的内容了。内核态的时候，会在操作系统内核中划出一块缓冲区，称之为系统缓存区。分次进行读取。此时java代码不能够访问，Java又会在堆内存中划分一块java缓冲区，**然后再从系统缓存区中读取到Java缓冲区，**然后调用输入输出流的读写操作进行读写。
此时有两块缓冲区。这样就造成了不必要的数据复制。

direct memory：当我们调用bytebuffer的allocateDirect方法时，就会分配一块直接内存，我们会在操作系统这边划出一块缓冲区，与之前不一样的是，操作系统划出的这块内存，java代码可以直接访问。对两端内存都是共享的。比之前少了一次缓冲区的复制操作，文件读取效率得到了大的提升。
直接内存是操作系统和Java代码都可以访问的一块区域，无需将代码从系统内存复制到Java堆内存，从而提高了效率

3.内存溢出

direct memory不受Java虚拟机回收管理，不会去释放directmemory所占用的内存。

public class Demo1_10 {static int _100Mb = 1024 * 1024 * 100;   //每次分配100M的内存public static void main(String[] args) {List<ByteBuffer> list = new ArrayList<>();int i = 0;try {while (true) {//循环多次ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(_100Mb);list.add(byteBuffer);i++;}} finally {System.out.println(i);}// 方法区是jvm规范， jdk6 中对方法区的实现称为永久代//                  jdk8 对方法区的实现称为元空间}
}

循环了17次，报了Java.lang.OutOfMemoryError:Direct buffer memory错误

4.释放原理

直接内存的回收不是通过JVM的垃圾回收来释放的，而是通过unsafe.freeMemory来手动释放

通过

//通过ByteBuffer申请1M的直接内存
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(_1M);

申请直接内存，但JVM并不能回收直接内存中的内容，它是如何实现回收的呢？

allocateDirect的实现

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

DirectByteBuffer类

DirectByteBuffer(int cap) {   // package-privatesuper(-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); //申请内存} catch (OutOfMemoryError x) {Bits.unreserveMemory(size, cap);throw x;}unsafe.setMemory(base, size, (byte) 0);if (pa && (base % ps != 0)) {// Round up to page boundaryaddress = base + ps - (base & (ps - 1));} else {address = base;}cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap)); //通过虚引用，来实现直接内存的释放，this为虚引用的实际对象att = null;
}

这里调用了一个Cleaner的create方法，且后台线程还会对虚引用的对象监测，如果虚引用的实际对象（这里是DirectByteBuffer）被回收以后，就会调用Cleaner的clean方法，来清除直接内存中占用的内存

public void clean() {if (remove(this)) {try {this.thunk.run(); //调用run方法} catch (final Throwable var2) {AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {public Void run() {if (System.err != null) {(new Error("Cleaner terminated abnormally", var2)).printStackTrace();}System.exit(1);return null;}});}

对应对象的run方法

public void run() {if (address == 0) {// Paranoiareturn;}unsafe.freeMemory(address); //释放直接内存中占用的内存address = 0;Bits.unreserveMemory(size, capacity);
}

直接内存的回收机制总结：

使用了Unsafe类来完成直接内存的分配回收，回收需要主动调用freeMemory方法

ByteBuffer的实现内部使用了Cleaner（虚引用）来检测ByteBuffer。一旦ByteBuffer被垃圾回收，那么会由ReferenceHandler来调用Cleaner的clean方法调用freeMemory来释放内存

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2.基本使用

3.内存溢出

4.释放原理

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