Java直接内存分配和释放方式

一. 正常分配,回收由GC负责

添加jvm启动参数:-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:MaxDirectMemorySize=40M 循环执行以下代码,可以看到频繁fullGC.

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(10 * 1024 * 1024);

当然我也找到一种不需要GC回收由程序员自己回收的方式,不推荐使用

((DirectBuffer)buffer).cleaner().clean();

二. 偏方分配,不安全回收内存由程序员自己负责

如果循环执行下面分配内存代码而不释放会OutOfMemory
由于Unsafe是不对外开放的所有使用反射获取theUnsafe属性,第三行f.get(null)能够正确执行的原因是 theUnsafe属性是静态属性。

Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
f.setAccessible(true);
Unsafe unsafe = (Unsafe)f.get(null);
long pointer = unsafe.allocateMemory(1024 * 1024 * 20);

//释放内存
unsafe.freeMemory(pointer);

原理分析

查看ByteBuffer 源码可知 ByteBuffer.allocateDirect()创建DirectByteBuffer实例,DirectByteBuffer通过Unsafe分配内存,下面具体看一下执行过程。
1. 调用 ByteBuffer.allocateDirect(int cap)
2. 创建DirectByteBuffer:主要分三步,第一步调用Bits.reserveMemory(long size, int cap)) 在函数内部调用System.gc() 通知GC如有必要进行垃圾回收,第一次调用一般不会触发;第二步,调用Unsafe.allocateMemory(long var )方法分配内存;第三步,调用Cleaner.create(Object var0, Runnable var1) 创建Cleaner对象,用于回收内存。
3. Cleaner类继承自PhantomReference< Object>在此处保留Cleaner对象的虚引用。此类中还包含一个静态DirectByteBuffer引用队列用于得知那些虚引用所指向的对象已回收,这是一个很棒的设计因为jvm不知道堆外内存的使用情况,通过DirectByteBuffer对象的回收来间接控制堆外内存的回收。
4. 在 2 中System.gc() 给GC一个调用建议,如果在接下来的堆外内存分配中发现空间不足就会触发fullGC 。可以通过XX:MaxDirectMemorySize=40M来模拟。GC之后,“触发”调用Cleaner.clean() 方法,进而调用Deallocator.run() 在run方法中调用unsafe.freeMemory(long var1)释放堆外内存。
5. 为验证是否因为System.gc() 可在jvm启动参数加入-XX:+DisableExplicitGC禁用该代码。

建议使用新标签打开
6. “触发”阶段,事实上是在Reference类中创建了一个叫Reference Handler的高优先级的守护线程监控着这些“引用”指向的对象。该线程执行Reference类的tryHandlePending方法,判断如对象是Cleaner额外调用clean方法释放内存。
c = r instanceof Cleaner ? (Cleaner) r : null;
................
if (c != null) {
c.clean();
return true;
}

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Java内存划分成两种:一种是栈内存,另一种是堆内存。在函数中定义的一些基本类型的变量和对象的引用变量都是在函数的 栈内存中分配,当在一段代码块定义一个变量时,Java 就在栈中为这个变量分配内存空间,当超过变量的作用域后,Java 会自动 释放掉为该变量分配的内存空间,该内存空间可以立即被另作它用。 堆内存用来存放由 new 创建的对象和数组,在堆中分配的内存,由 Java 虚拟机的自动垃圾回收器来管理。在堆中产生了一个数 组或者对象之后,还可以在栈中定义一个特殊的变量,让栈中的这个变量的取值等于数组或对象在堆内存中的首地址,栈中的这个 变量就成了数组或对象的引用变量,以后就可以在程序中使用栈中的引用变量来访问堆中的数组或者对象,引用变量就相当于是为 数组或者对象起的一个名称。引用变量是普通的变量,定义时在栈中分配,引用变量在程序运行到其作用域之外后被释放。而数组 和对象本身在堆中分配,即使程序运行到使用 new 产生数组或者对象的语句所在的代码块之外,数组和对象本身占据的内存不会 被释放,数组和对象在没有引用变量指向它的时候,才变为垃圾,不能在被使用,但仍然占据内存空间不放,在随后的一个不确定 的时间被垃圾回收器收走(释放掉)。这也是 Java 比较占内存的原因。 实际上,栈中的变量指向堆内存中的变量,这就是 Java 中的指针!

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