Java直接内存与堆内存

NIO的Buffer提供了一个可以不经过JVM内存直接访问系统物理内存的类——DirectBuffer。 DirectBuffer类继承自ByteBuffer，但和普通的ByteBuffer不同，普通的ByteBuffer仍在JVM堆上分配内存，其最大内存受到最大堆内存的限制；而DirectBuffer直接分配在物理内存中，并不占用堆空间，其可申请的最大内存受操作系统限制。

直接内存的读写操作比普通Buffer快，但它的创建、销毁比普通Buffer慢（猜测原因是DirectBuffer需向OS申请内存涉及到用户态内核态切换，而后者则直接从堆内存划内存即可）。

因此直接内存使用于需要大内存空间且频繁访问的场合，不适用于频繁申请释放内存的场合。

（Note：DirectBuffer并没有真正向OS申请分配内存，其最终还是通过调用Unsafe的allocateMemory()来进行内存分配。不过JVM对Direct Memory可申请的大小也有限制，可用-XX:MaxDirectMemorySize=1M设置，这部分内存不受JVM垃圾回收管理。）

使用对外内存的原因：

• 对垃圾回收停顿的改善。由于堆外内存是直接受操作系统管理而不是JVM，所以当我们使用堆外内存时，即可保持较小的堆内内存规模。从而在GC时减少回收停顿对于应用的影响。
• 提升程序I/O操作的性能。通常在I/O通信过程中，会存在堆内内存到堆外内存的数据拷贝操作，对于需要频繁进行内存间数据拷贝且生命周期较短的暂存数据，都建议存储到堆外内存。

以下是一些测试：

代码：

class DirectMemory {

    // 分配堆内存
    public static void bufferAccess() {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        ByteBuffer b = ByteBuffer.allocate(500);
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            for (int j = 0; j < 99; j++)
                b.putInt(j);
            b.flip();
            for (int j = 0; j < 99; j++)
                b.getInt();
            b.clear();
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("access_nondirect:" + (endTime - startTime));
    }

    // 直接分配内存
    public static void directAccess() {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        ByteBuffer b = ByteBuffer.allocateDirect(500);
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            for (int j = 0; j < 99; j++)
                b.putInt(j);
            b.flip();
            for (int j = 0; j < 99; j++)
                b.getInt();
            b.clear();
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("access_direct:" + (endTime - startTime));
    }

    public static void bufferAllocate() {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            ByteBuffer.allocate(1000);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("allocate_nondirect:" + (endTime - startTime));
    }

    public static void directAllocate() {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            ByteBuffer.allocateDirect(1000);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("allocate_direct:" + (endTime - startTime));
    }

    public static void main(String args[]) {
        System.out.println("访问性能测试：");
        bufferAccess();
        directAccess();

        System.out.println();

        System.out.println("分配性能测试：");
        bufferAllocate();
        directAllocate();
    }
}

结果：

访问性能测试：
access_nondirect:157
access_direct:134

分配性能测试：
allocate_nondirect:231
allocate_direct:613

可见与在JVM堆分配内存(allocate)相比，直接内存分配（allocateDirect）的访问性能更好，但分配较慢。（一般如此，当然数据量小的话差别不是那么明显）