直接内存了解学习_java nio 直接内存-优快云博客

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https://www.zhihu.com/question/284750570/answer/3526842569

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结合以上资料来学习直接内存，留下足迹。

一、直接内存定义

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。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致 OutOfMemoryError 异常出现。（即不属于JVM虚拟机内存区域，属于操作系统的内存）

在 JDK1.4 中新引入了NIO类，它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存，然后通过 Java 堆里的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样就能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在 Java 堆（堆内存）和 Native 堆（堆外内存）中来回复制数据。

常见于 NIO 操作时，用于数据缓冲区
分配回收成本较高，但读写性能高
不受 JVM 内存回收管理

二、直接内存优点缺点

直接内存的优势在于没有堆内存到堆外内存的复制，直接使用堆外内存进行数据的传输。

以NIO文本拷贝和BIO文本拷贝图说明。

BIO 文件流读取文件流

普通FileInputStream 和FileOutputStream 来拷贝文件缓存区在大小为1M

NIO 读取文件流

NIO channel 和 ByteBuffer.allocateDirect(1024) 分配1M的直接缓存区域提高 I/O 操作性能减少内存拷贝

Java NIO 提供了 ByteBuffer.allocateDirect() 方法来分配直接内存，它的优势在于它不会占用堆内存，而是直接与操作系统的内存进行交互。这可以减少内存拷贝的开销。

ByteBuffer directBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);

缺点：

内存泄漏风险：由于直接内存由操作系统管理而不是JVM管理，其分配和释放不受JVM的直接控制。若程序没有正确释放直接内存，就可能导致内存泄漏。
管理复杂性：直接内存的管理需要开发者显式地进行内存释放，增加了代码的复杂性。错误的内存管理可能导致程序崩溃或性能问题。
直接内存的分配和释放成本高，有一定的性能影响
内存抖动问题：虽然直接内存减少了垃圾收集的频率，但当直接内存使用量达到峰值时，可能会导致突然的内存不足。这种“内存抖动”会影响应用程序的稳定性。直接内存会被系统中其他程序影响，进而导致OOM
平台依赖性：直接内存的实现依赖于操作系统，因此在不同操作系统上可能表现不同。这增加了应用程序的测试和维护复杂性。

三、使用注意：

3.1 合理配置内存大小
根据应用程序的需求合理配置直接内存大小。对于I/O密集型应用程序，可以适当增加直接内存的大小，以提高性能。使用-XX:MaxDirectMemorySize参数设置最大直接内存大小，并定期监控使用情况。

例如：

Java设置堆内存大小： -Xms=1G -Xmx=1G
设置堆外内存：

-XX:MaxDirectMemorySize=1G

3.2 及时释放直接内存
在使用直接内存时，确保及时释放内存以避免内存泄漏。可以使用ByteBuffer.clear()方法重用缓冲区，或在使用完成后调用Cleaner来显式释放内存。

3.3 监控直接内存使用
JVM并没有内置的工具来直接监控直接内存的使用情况。但是，可以使用一些第三方工具或Java自带的诊断工具来间接监控。常用的方法包括：

JVisualVM：可以监控堆外内存的使用情况，包括直接内存。
Java NIO MBean：JVM中提供了一些MBean可以通过java.lang.management包访问到直接内存的使用信息。

四、直接内存的用途

4.1 高性能I/O操作
直接内存的最主要用途是在高性能I/O操作中。传统的Java I/O操作需要将数据从Java堆内存复制到操作系统的内核缓冲区，然后再传输到网络或文件。这种多次数据拷贝操作会导致性能瓶颈。通过使用直接内存，数据可以直接在操作系统的内核缓冲区中进行操作，从而减少数据拷贝，提高I/O操作的效率。

4.2 大数据处理
在大数据处理和流处理系统中，如Netty、Kafka等框架，经常使用直接内存来提高数据传输的效率。直接内存允许这些框架处理大规模的数据而不受JVM堆内存大小的限制，减少了垃圾回收的频率，从而提高系统的吞吐量和性能。

4.3 零拷贝技术
直接内存也是实现零拷贝技术的基础。在网络通信中，零拷贝允许数据直接从一个地方传输到另一个地方，而不需要经过CPU的拷贝操作。例如，从磁盘读取数据并直接发送到网络，而不需要经过用户态和内核态的多次拷贝。通过直接内存，Java可以更高效地实现零拷贝。