Java堆外内存之四：直接使用Unsafe类操作堆外内存

在nio以前，是没有光明正大的做法的，有一个work around的办法是直接访问Unsafe类。如果你使用Eclipse，默认是不允许访问sun.misc下面的类的，你需要稍微修改一下，给Type Access Rules里面添加一条所有类都可以访问的规则：

在使用Unsafe类的时候：

Unsafe f = Unsafe.getUnsafe();

发现还是被拒绝了，抛出异常：

java.lang.SecurityException: Unsafe

正如Unsafe的类注释中写道：

Although the class and all methods are public, use of this class is limited because only trusted code can obtain instances of it.

于是，只能使用反射来做这件事； 

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

其中，allocateMemory返回一个指针，并且其中的数据是未初始化的。如果要释放这部分内存的话，需要调用freeMemory或者reallocateMemory方法。Unsafe对象提供了一系列put/get方法，例如putByte，但是只能一个一个byte地put，我不知道这样会不会影响效率，为什么不提供一个putByteArray的方法呢？

示例：

import sun.misc.Unsafe;

public class ObjectInHeap
{
	private long address = 0;

	private Unsafe unsafe = GetUsafeInstance.getUnsafeInstance();

	public ObjectInHeap()
	{
		address = unsafe.allocateMemory(2 * 1024 * 1024);
	}

	// Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
	public static void main(String[] args)
	{
		while (true)
		{
			ObjectInHeap heap = new ObjectInHeap();
			System.out.println("memory address=" + heap.address);
		}
	}
}

这段代码会抛出OutOfMemoryError。这是因为ObjectInHeap对象是在堆内存中分配的，当该对象被垃圾回收的时候，并不会释放堆外内存，因为使用Unsafe获取的堆外内存，必须由程序显示的释放，JVM不会帮助我们做这件事情。由此可见，使用Unsafe是有风险的，很容易导致内存泄露。

4、正确释放Unsafe分配的堆外内存

        虽然第3种情况的ObjectInHeap存在内存泄露，但是这个类的设计是合理的，它很好的封装了直接内存，这个类的调用者感受不到直接内存的存在。那怎么解决ObjectInHeap中的内存泄露问题呢？可以覆写Object.finalize()，当堆中的对象即将被垃圾回收器释放的时候，会调用该对象的finalize。由于JVM只会帮助我们管理内存资源，不会帮助我们管理数据库连接，文件句柄等资源，所以我们需要在finalize自己释放资源。

import sun.misc.Unsafe;

public class RevisedObjectInHeap
{
	private long address = 0;

	private Unsafe unsafe = GetUsafeInstance.getUnsafeInstance();

	// 让对象占用堆内存,触发[Full GC
	private byte[] bytes = null;

	public RevisedObjectInHeap()
	{
		address = unsafe.allocateMemory(2 * 1024 * 1024);
		bytes = new byte[1024 * 1024];
	}

	@Override
	protected void finalize() throws Throwable
	{
		super.finalize();
		System.out.println("finalize." + bytes.length);
		unsafe.freeMemory(address);
	}

	public static void main(String[] args)
	{
		while (true)
		{
			RevisedObjectInHeap heap = new RevisedObjectInHeap();
			System.out.println("memory address=" + heap.address);
		}
	}

}

我们覆盖了finalize方法，手动释放分配的堆外内存。如果堆中的对象被回收，那么相应的也会释放占用的堆外内存。这里有一点需要注意下：

// 让对象占用堆内存,触发[Full GC
private byte[] bytes = null;

这行代码主要目的是为了触发堆内存的垃圾回收行为，顺带执行对象的finalize释放堆外内存。如果没有这行代码或者是分配的字节数组比较小，程序运行一段时间后还是会报OutOfMemoryError。这是因为每当创建1个RevisedObjectInHeap对象的时候，占用的堆内存很小（就几十个字节左右），但是却需要占用2M的堆外内存。这样堆内存还很充足（这种情况下不会执行堆内存的垃圾回收），但是堆外内存已经不足，所以就不会报OutOfMemoryError。