JVM直接内存(Direct Memory)

本地内存/直接内存(Direct Memory)

直接内存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的使用;

内存不足时抛出OutOfMemoryError或 者OutOfMemoryError:Direct buffer memory

特性

  • -XX:MaxDirectMemorySize 最大值,默认和Java堆最大值一样

  • 不属于运行时数据区

  • 本机直接内存的分配不受Java堆大小的限制,仅受本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制

说明: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。

注意使用Native函数库分配堆外内存,通过JAVA堆DirectByteBuffer引用堆外内存

直接内存是一块物理内存,专门用于JVM和IO设备打交道,Java底层使用C语言的API调用操作系统与IO设备进行交互。

例如,Java内存中有一个字节数组,现在调用流将它写入磁盘文件,那么JVM首先会将这个字节数组先拷贝一份到堆外内存中,然后调用C语言API指明将某个连续地址范围的数据写入磁盘。

读操作也是类似,而JVM额外做的拷贝工作也是有意义的,因为JVM是基于自动垃圾回收机制运行的,所有内存中的数据会在GC时不停的被移动,如果你调用系统API告诉操作系统将内存某某位置的内存写入磁盘,而此时发生GC移动了该部分数据,GC结束后操作系统是不是就写错数据了。

所以,JVM对于与外围IO设备交互的情况下,都会将内存数据复制一份到堆外内存中,然后调用系统API间接的写入磁盘,读也是类似的。由于堆外内存不受GC管理,所以用完一定得记得释放

直接内存(堆外内存)与堆内存比较

  • 直接内存申请空间耗费更高的性能,当频繁申请到一定量时尤为明显;
  • 直接内存IO读写的性能要优于普通的堆内存,在多次读写操作的情况下差异明显;

堆外内存

  • 直接内存:可通过-XX:MaxDirectMemorySize调整大小,内存不足时抛出OutOf-MemoryError或 者OutOfMemoryError:Direct buffer memory;

  • 线程堆栈:可通过-Xss调整大小,内存不足时抛出StackOverflowError(如果线程请求的栈深度大 于虚拟机所允许的深度)或者OutOfMemoryError(如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展,当栈扩展时无法申请到足够的内存);

  • Socket缓存区:每个Socket连接都Receive和Send两个缓存区,分别占大约37KB和25KB内存,连接多的话这块内存占用也比较可观。如果无法分配,可能会抛出IOException:Too many open files异常;

  • JNI代码:如果代码中使用了JNI调用本地库,那本地库使用的内存也不在堆中,而是占用Java虚拟机的本地方法栈和本地内存的;

  • 虚拟机和垃圾收集器:虚拟机、垃圾收集器的工作也是要消耗一定数量的内存的;

### JVM直接内存的使用与配置 #### 什么是JVM直接内存JVM直接内存指的是通过`java.nio.ByteBuffer.allocateDirect()`方法分配的位于堆外的内存区域。这种内存并不属于Java堆的一部分,而是由操作系统管理的本地内存[^1]。 #### 直接内存的作用 直接内存主要用于提高I/O操作性能。由于其绕过了Java堆的垃圾回收机制,在处理大文件或者频繁的网络通信时能够显著减少GC压力并提升效率。 #### 如何查看直接内存的使用情况? 可以通过以下几种方式来监控和分析直接内存的使用状况: - 使用 `jcmd` 工具: ```bash jcmd <pid> VM.native_memory summary ``` 这条命令可以帮助我们了解整个JVM进程中不同类型的原生内存(包括直接内存)的具体消耗详情[^2]。 - 利用 `jstat` 或者其他性能监测工具也可以间接观察到非堆内存的变化趋势,从而推测出直接内存的增长态势。 #### 配置直接内存的最大值 虽然理论上直接内存受限于系统的物理可用资源以及 `-Xmx` 参数所定义的最大堆大小之外的空间,但在实际开发过程中为了防止因过度申请而导致OOM (OutOfMemoryError),通常建议显式设置最大允许使用的直接内存量。这可通过调整如下参数实现: ```properties -Dsun.misc.MAX_DIRECT_MEMORY_SIZE=<size> ``` 其中 `<size>` 表示单位字节数量级,默认情况下该属性未被指定,则取值等于元数据区(-XX:MaxMetaspaceSize)/永久代(MaxPermSize)加上年轻代(YoungGen)+老年代(OldGen)[^4]。 如果希望更精确控制每一块细分领域内的行为模式还可以考虑引入额外选项比如启用TLAB优化策略等措施进一步细化粒度级别的调节方案[^3]: ```properties -XX:+UseTLAB -XX:TLABSize=... ``` 以上即是对JVM直接内存基本概念及其常见应用场景下的简单介绍,并提供了若干实用技巧帮助开发者更好地理解和应对可能出现的相关挑战。
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