JVM直接内存和堆内存

概述

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java 虚拟机规范中农定义的内存区域。在JDK1.4 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，然后通脱一个存储在Java堆中的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。

本机直接内存的分配不会受到Java 堆大小的限制，受到本机总内存大小限制
配置虚拟机参数时，不要忽略直接内存防止出现OutOfMemoryError异常

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

代码验证：

package com.xnccs.cn.share;

import java.nio.ByteBuffer;


/** * 直接内存 与 堆内存的比较 */
public class ByteBufferCompare {


    public static void main(String[] args) {
        allocateCompare();   //分配比较
        operateCompare();    //读写比较
    }

    /** * 直接内存 和 堆内存的 分配空间比较 * * 结论： 在数据量提升时，直接内存相比非直接内的申请，有很严重的性能问题 * */
    public static void allocateCompare(){
        int time = 10000000;    //操作次数 


        long st = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < time; i++) {

            //ByteBuffer.allocate(int capacity) 分配一个新的字节缓冲区。
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(2);      //非直接内存分配申请 
        }
        long et = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("在进行"+time+"次分配操作时，堆内存 分配耗时:" + (et-st) +"ms" );

        long st_heap = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < time; i++) {
            //ByteBuffer.allocateDirect(int capacity) 分配新的直接字节缓冲区。
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(2); //直接内存分配申请
        }
        long et_direct = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("在进行"+time+"次分配操作时，直接内存 分配耗时:" + (et_direct-st_heap) +"ms" );

    }

    /** * 直接内存 和 堆内存的 读写性能比较 * * 结论：直接内存在直接的IO 操作上，在频繁的读写时 会有显著的性能提升 * */
    public static void operateCompare(){
        int time = 1000000000;

        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(2*time);  
        long st = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < time; i++) {

            // putChar(char value) 用来写入 char 值的相对 put 方法
            buffer.putChar('a');
        }
        buffer.flip();
        for (int i = 0; i < time; i++) {
            buffer.getChar();
        }
        long et = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("在进行"+time+"次读写操作时，非直接内存读写耗时：" + (et-st) +"ms");

        ByteBuffer buffer_d = ByteBuffer.allocateDirect(2*time);
        long st_direct = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < time; i++) {

            // putChar(char value) 用来写入 char 值的相对 put 方法
            buffer_d.putChar('a');
        }
        buffer_d.flip();
        for (int i = 0; i < time; i++) {
            buffer_d.getChar();
        }
        long et_direct = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("在进行"+time+"次读写操作时，直接内存读写耗时:" + (et_direct - st_direct) +"ms");
    }
}

输出：
在进行10000000次分配操作时，堆内存分配耗时:12ms
在进行10000000次分配操作时，直接内存分配耗时:8233ms
在进行1000000000次读写操作时，非直接内存读写耗时：4055ms
在进行1000000000次读写操作时，直接内存读写耗时:745ms

可以自己设置不同的time 值进行比较

分析

从数据流的角度，来看

非直接内存作用链:
本地IO –>直接内存–>非直接内存–>直接内存–>本地IO
直接内存作用链:

本地IO–>直接内存–>本地IO

对于直接内存来说，JVM将会在IO操作上具有更高的性能，因为它直接作用于本地系统的IO操作。而非直接内存，也就是堆内存中的数据，如果要作IO操作，会先复制到直接内存，再利用本地IO处理。

直接内存使用场景

有很大的数据需要存储，它的生命周期很长
适合频繁的IO操作，例如网络并发场景

直接内存（堆外内存）的优点和缺点

直接内存（堆外内存），其实就是不受JVM控制的内存。相比于堆内内存有几个优势：
　　1 减少了垃圾回收的工作，因为垃圾回收会暂停其他的工作（可能使用多线程或者时间片的方式，根本感觉不到）
　　2 加快了复制的速度。因为堆内在flush到远程时，会先复制到直接内存（堆外内存），然后在发送；而直接内存（堆外内存）相当于省略掉了这个工作。
　　而福之祸所依，自然也有不好的一面：
　　1 直接内存难以控制，如果内存泄漏，那么很难排查
　　2 直接内存相对来说，不适合存储很复杂的对象。一般简单的对象或者扁平化的比较适合。

参考

《深入理解Java虚拟机》 –周志明

博文：https://www.cnblogs.com/xing901022/p/5243657.html

秒客网

JVM直接内存和堆内存

直接内存（堆外内存）的优点和缺点

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