NIO中的heap Buffer和direct Buffer区别

最新推荐文章于 2024-06-24 09:40:52 发布

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#java #运维 #操作系统

本文详细解析了Java NIO中HeapBuffer与DirectBuffer的不同之处，包括它们的创建方式、内存分配位置及垃圾回收机制。此外，还讨论了两者在性能上的优缺点，并给出了实际应用中的建议。

在Java的NIO中，我们一般采用ByteBuffer缓冲区来传输数据，一般情况下我们创建Buffer对象是通过ByteBuffer的两个静态方法：

ByteBuffer.allocate(int capacity);
ByteBuffer.wrap(byte[] array);

查看相关的源码得到

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

public static ByteBuffer wrap(byte[] array,
                                int offset, int length){
    try {
        return new HeapByteBuffer(array, offset, length);
    } catch (IllegalArgumentException x) {
        throw new IndexOutOfBoundsException();
    }
}

我们可以很清楚的发现，这两个方法都是实例化HeapByteBuffer来创建的ByteBuffer对象，也就是heap buffer. 其实除了heap buffer以外还有一种buffer，叫做direct buffer。我们也可以创建这一种buffer，通过ByteBuffer.allocateDirect(int capacity)方法，查看JDK源码如下：

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

DirectByteBuffer(int cap) {                   // package-private

    super(-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);
    } catch (OutOfMemoryError x) {
        Bits.unreserveMemory(size, cap);
        throw x;
    }
    unsafe.setMemory(base, size, (byte) 0);
    if (pa && (base % ps != 0)) {
        // Round up to page boundary
        address = base + ps - (base & (ps - 1));
    } else {
        address = base;
    }
    cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap));
    att = null;
}

那么heap buffer和direct buffer有什么区别呢？

heap buffer这种缓冲区是分配在堆上面的，直接由Java虚拟机负责垃圾回收，可以直接想象成一个字节数组的包装类。

direct buffer则是通过JNI在Java的虚拟机外的内存中分配了一块缓冲区(所以即使在运行时通过-Xmx指定了Java虚拟机的最大堆内存，还是可以实例化超出该大小的Direct ByteBuffer),该块并不直接由Java虚拟机负责垃圾回收收集，但是在direct buffer包装类被回收时，会通过Java Reference机制来释放该内存块。(但Direct Buffer的JAVA对象是归GC管理的，只要GC回收了它的JAVA对象，操作系统才会释放Direct Buffer所申请的空间)

两者各有优劣势:direct buffer对比 heap buffer:

劣势：创建和释放Direct Buffer的代价比Heap Buffer得要高；

优势：当我们把一个Direct Buffer写入Channel的时候，就好比是“内核缓冲区”的内容直接写入了Channel，这样显然快了，减少了数据拷贝（因为我们平时的read/write都是需要在I/O设备与应用程序空间之间的“内核缓冲区”中转一下的）。而当我们把一个Heap Buffer写入Channel的时候，实际上底层实现会先构建一个临时的Direct Buffer，然后把Heap Buffer的内容复制到这个临时的Direct Buffer上，再把这个Direct Buffer写出去。当然，如果我们多次调用write方法，把一个Heap Buffer写入Channel，底层实现可以重复使用临时的Direct Buffer，这样不至于因为频繁地创建和销毁Direct Buffer影响性能。

结论：Direct Buffer创建和销毁的代价很高，所以要用在尽可能重用的地方。比如周期长传输文件大采用direct buffer，不然一般情况下就直接用heap buffer 就好。

Refer:

http://blog.youkuaiyun.com/u010853261/article/details/53464322

https://www.jianshu.com/p/007052ee3773

http://blog.youkuaiyun.com/xieyuooo/article/details/7547435