堆外内存
JVM启动时分配的内存,称为堆内存,与之相对的,在代码中还可以使用堆外内存,比如Netty,广泛使用了堆外内存,但是这部分的内存并不归JVM管理,GC算法并不会对它们进行回收,所以在使用堆外内存时,要格外小心,防止内存一直得不到释放,造成线上故障。
堆外内存的申请和释放
JDK的 ByteBuffer
类提供了一个接口 allocateDirect(intcapacity)
进行堆外内存的申请,底层通过 unsafe.allocateMemory(size)
实现,接下去看看在JVM层面是如何实现的。
可以发现,最底层是通过 malloc
方法申请的,但是这块内存需要进行手动释放,JVM并不会进行回收,幸好 Unsafe
提供了另一个接口 freeMemory
可以对申请的堆外内存进行释放。
堆外内存的回收机制
如果每次申请堆外内存,都需要在代码中显示的释放,对于Java这门语言的设计来说,显然不够合理,既然JVM不会管理这些堆外内存,它们是如何回收的呢?
DirectByteBuffer
JDK中使用 DirectByteBuffer
对象来表示堆外内存,每个 DirectByteBuffer
对象在初始化时,都会创建一个对应的 Cleaner
对象,这个 Cleaner
对象会在合适的时候执行 unsafe.freeMemory(address)
,从而回收这块堆外内存。
当初始化一块堆外内存时,对象的引用关系如下:
其中 first
是 Cleaner
类的静态变量, Cleaner
对象在初始化时会被添加到 Clener
链表中,和first
形成引用关系, ReferenceQueue
是用来保存需要回收的 Cleaner
对象。
如果该 DirectByteBuffer
对象在一次GC中被回收了
此时,只有 Cleaner
对象唯一保存了堆外内存的数据(开始地址、大小和容量),在下一次FGC时,把该 Cleaner
对象放入到 ReferenceQueue
中,并触发 clean
方法。
Cleaner
对象的 clean
方法主要有两个作用:
1、把自身从 Clener
链表删除,从而在下次GC时能够被回收
2、释放堆外内存
public void run() { if (address == 0) { // Paranoia return; } unsafe.freeMemory(address); address = 0; Bits.unreserveMemory(size, capacity);}
如果JVM一直没有执行FGC的话,无效的 Cleaner
对象就无法放入到ReferenceQueue中,从而堆外内存也一直得不到释放,内存岂不是会爆?
其实在初始化 DirectByteBuffer
对象时,如果当前堆外内存的条件很苛刻时,会主动调用 System.gc()
强制执行FGC。
不过很多线上环境的JVM参数有 -XX:+DisableExplicitGC
,导致了 System.gc()
等于一个空函数,根本不会触发FGC,这一点在使用Netty框架时需要注意是否会出问题。
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