JVM - 直接内存

# `JVM` - 直接内存

JDK版本：1.8

# 1、直接内存(`Direct Memory`)

直接内存(Direct Memory)并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是《Java虚拟机规范》中定义的内存区域。但是这部分内存也会被频繁地使用，而且也会导致OutOfMemeory异常。

在JDK 1.4版本中引入了NIO类，引入了一种基于通道(Channel)于缓冲区(Buffer)的I/O方式，它可以直接调用Native函数分配堆外内存空间，然后通过存储在堆中的DirectByteBuffer对象作为这块空间的引用以此来对其进行操作。这样就避开了JVM于操作系统之间的内存屏障，减少了在Java堆与Native堆中进行来回复制的额外开销，在某些场景中可以显著提高性能。同时访问直接内存的速度也会优于Java堆，即读写性能高。

本机直接内存的分配是不会受到JVM堆内存大小的限制，但是它还是会受到本机总内存(包括物理内存，SWAP分区或者分页文件)的大小以及处理器寻址空间的限制。一般在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常忽略掉直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制(包括物理和操作系统级的限制)，从而导致动态进行扩展时出现OutOfMemory异常。

也正是因为直接内存不是虚拟机运行时数据区的一部分，直接内存不受JVM内存回收管理，所以其分配回收成本也较高。直接内存大小可通过MaxDirectMemorySize选项进行配置，如果不进行指定默认与堆空间的-Xmx参数值保持一致。

# 2、直接内存与非直接内存差异

使用非直接内存进行IO读写文件时，需要与物理磁盘进行交互。在执行读写操作时，JVM与OS直接存在内存屏障，所以进行数据的交互时就会进行来回复制。换而言之就是需要由用户态切换到内核态，内核态中需要同时维护两份重复数据，这样带来的额外性能开销是非常大的。

如下为非直接内存JVM与OS之间的数据交互图：

使用直接内存进行IO读写文件时，直接调用Native函数分配堆外内存空间，并且这部分内存可以通过存储在堆中的DirectByteBuffer对象对其进行操作，避免了内存屏障同时也只需要维护一份数据。避免了不必要的性能开销。

如下为直接内存JVM与OS之间的数据交互图：