JVM工作原理与实战(二十)：直接内存

news2024/9/24 18:14:07

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前言

一、直接内存

1.直接内存作用

二、在直接内存上创建数据

总结

前言

JVM作为Java程序的运行环境，其负责解释和执行字节码，管理内存，确保安全，支持多线程和提供性能监控工具，以及确保程序的跨平台运行。本文主要介绍了直接内存、在直接内存上创建数据等内容。

一、直接内存

在探讨直接内存之前，首先需要理解Java虚拟机（JVM）的运行时数据区。在《Java虚拟机规范》中，定义了几个关键的内存区域，如堆、方法区、程序计数器、Java虚拟机栈和本地方法栈。但直接内存，这一概念并不直接包含在《Java虚拟机规范》中。实际上，直接内存更多地是Java内存管理中的一个高级特性。

运行时数据区：

运行时数据区的详细讲解可以查看之前的文章：

JVM工作原理与实战(十五)：运行时数据区-程序计数器-CSDN博客文章浏览阅读1.9k次，点赞52次，收藏35次。JVM作为Java程序的运行环境，其负责解释和执行字节码，管理内存，确保安全，支持多线程和提供性能监控工具，以及确保程序的跨平台运行。本文主要介绍了运行时数据区、程序计数器等内容。 https://blog.csdn.net/jiangyq_/article/details/135578434JVM工作原理与实战(十六)：运行时数据区-Java虚拟机栈-CSDN博客文章浏览阅读1.1k次，点赞24次，收藏23次。JVM作为Java程序的运行环境，其负责解释和执行字节码，管理内存，确保安全，支持多线程和提供性能监控工具，以及确保程序的跨平台运行。本文主要介绍了运行时数据区、Java虚拟机栈等内容。 https://blog.csdn.net/jiangyq_/article/details/135587510JVM工作原理与实战(十七)：运行时数据区-栈内存溢出-CSDN博客文章浏览阅读1.1k次，点赞37次，收藏13次。JVM作为Java程序的运行环境，其负责解释和执行字节码，管理内存，确保安全，支持多线程和提供性能监控工具，以及确保程序的跨平台运行。本文主要介绍了栈内存溢出、设置虚拟机栈的大小等内容。 https://blog.csdn.net/jiangyq_/article/details/135622580JVM工作原理与实战(十八)：运行时数据区-堆-CSDN博客文章浏览阅读965次，点赞31次，收藏5次。JVM作为Java程序的运行环境，其负责解释和执行字节码，管理内存，确保安全，支持多线程和提供性能监控工具，以及确保程序的跨平台运行。本文主要介绍了运行时数据区、堆介绍、堆的关键参数等内容。https://blog.csdn.net/jiangyq_/article/details/135643531JVM工作原理与实战(十九)：运行时数据区-方法区-CSDN博客文章浏览阅读535次，点赞12次，收藏10次。JVM作为Java程序的运行环境，其负责解释和执行字节码，管理内存，确保安全，支持多线程和提供性能监控工具，以及确保程序的跨平台运行。本文主要介绍了方法区、方法区在Java虚拟机的实现、类的元信息、运行时常量池、字符串常量池、静态变量的存储等内容。https://blog.csdn.net/jiangyq_/article/details/135675559

1.直接内存作用

直接内存（Direct Memory）的引入与JDK 1.4中的新IO（NIO）机制紧密相关。NIO为Java提供了非阻塞的I/O操作，从而允许更高的并发性和更高效的I/O处理。而直接内存正是NIO实现的关键部分：

解决对象回收问题：在Java中，当堆上的对象不再被引用时，这些对象将被标记为可回收。这个过程可能会影响正在运行的应用程序，因为垃圾回收器可能需要停止或阻塞应用程序线程以完成其工作。直接内存通过减少堆上的对象数量来减轻这种影响。通过将数据直接存储在直接内存中，应用程序可以持续运行，而不必担心垃圾回收器可能带来的暂停或阻塞。
减少数据复制开销：传统的IO操作，如读取文件，通常涉及两个步骤：首先将数据从文件读入到缓冲区（通常是直接内存），然后再从缓冲区复制到Java堆上的对象。这种双重数据复制不仅增加了延迟，还增加了CPU和内存的使用。通过使用直接内存作为缓冲区，NIO可以直接在直接内存中处理数据，从而减少了数据从缓冲区到堆的复制过程，提高了IO操作的效率。

直接内存的出现不仅提高了Java应用程序的性能，而且也增加了应用程序对并发和大数据处理的适应能力。通过使用直接内存，应用程序可以更有效地管理其资源，同时提高其响应速度和吞吐量。

二、在直接内存上创建数据

Java NIO提供了一种机制，允许在直接内存上创建数据。要实现这一目标，可以使用ByteBuffer的allocateDirect方法，size参数表示希望分配的直接内存的大小，单位为字节。

    ByteBuffer directBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(size);

查看Java虚拟机的直接内存大小，可以使用arthas的memory命令，通过在命令行中输入memory来查看输出中的"direct"属性。

特殊情况下，可能需要手动调整直接内存的大小。可以通过设置JVM参数-XX:MaxDirectMemorySize来实现，这个参数允许开发者指定直接内存的最大大小。在设置-XX:MaxDirectMemorySize参数时，可以使用k或K表示千字节，m或M表示兆字节，g或G表示千兆字节，如果不设置这个参数，JVM会自动选择最大的分配大小。

案例：

public class Demo1 {
    public static int size = 1024 * 1024 * 100;
    public static List<ByteBuffer> list = new ArrayList<ByteBuffer>();
    public static int count = 0;

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        System.in.read();
        while (true) {
            ByteBuffer directBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(size);
            list.add(directBuffer);
            System.out.println(++count);
        }
    }
}

运行结果：