JVM中的直接内存

1 定义

直接内存并不属于JVM的内存结构，它是物理机的内存，但是JVM虚拟机可以调用该部分内存。

直接内存的使用：

常见于NIO，用于数据缓冲区
分配回收的代价较高，但是速度很快
不收JVM内存回收管理

2 正常IO读取

正常IO读取结构图

从上图的结构图中，我们可以看到，当java程序需要读取文件时，首先会在java堆内存中new一个缓冲区，然后系统内存从磁盘中读取文件，再然后在将系统缓冲区中的字节流复制到java堆内存的缓冲区中，然后在由java程序调用。

这样做有一个缺点，就是需要开启两块内存，效率会很低。

3 直接内存读取

直接内存结构图

从图中可以看到，当java程序使用直接内存时，首先java程序在系统内存中分配一块直接内存块，这一内存块是系统内存和java堆内存可以共享的，那么系统内存读取到的磁盘文件就可以直接由java堆内存使用，这样就省去了复制的操作，大大节约了时间开销。

4 直接内存分配内存

通过java中的unsafe对象分配一块直接内存，直接内存大小在分配时指定。直接内存由于不受JVM的管理，所以直接内存的释放，必须主动调用unsafe对象进行释放，才能将直接内存释放。

这是ByteBuffer的分配直接内存的源码：

DirectByteBuffer(int cap) {                   // package-private

        super(-1, 0, cap, cap);
        boolean pa = VM.isDirectMemoryPageAligned();
        int ps = Bits.pageSize();
        long size = Math.max(1L, (long)cap + (pa ? ps : 0));
        Bits.reserveMemory(size, cap);

        long base = 0;
        try {
            base = unsafe.allocateMemory(size); //分配直接内存
        } catch (OutOfMemoryError x) {
            Bits.unreserveMemory(size, cap);
            throw x;
        }
        unsafe.setMemory(base, size, (byte) 0);
        if (pa && (base % ps != 0)) {
            // Round up to page boundary
            address = base + ps - (base & (ps - 1));
        } else {
            address = base;
        }
    	/*
    	cleaner对象用来释放直接内存，cleaner对象关联了当前的ByteBuffer对象，因为ByteBuffer对象是受java虚拟机管理的，直接内存不受java虚拟机管理，所以这里的关联，就是为了在当ByteBuffer被释放的时候，直接内存也被释放，只不过是被unsafe对象释放的，并不是Java虚拟机释放的。
    	*/
        cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap));//释放直接内存
        att = null;
    }

cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap));//释放直接内存
解释：这里使用cleaner对象用来释放直接内存，cleaner对象关联了当前的ByteBuffer对象，因为ByteBuffer对象是受java虚拟机管理的，直接内存不受java虚拟机管理，所以这里的关联，就是为了在当ByteBuffer被释放的时候，直接内存也被释放，只不过是被unsafe对象释放的，并不是Java虚拟机释放的。

cleaner对象是一个虚引用对象。

Deallocator类源码：

private static class Deallocator
        implements Runnable
    {

        private static Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();

        private long address;
        private long size;
        private int capacity;

        private Deallocator(long address, long size, int capacity) {
            assert (address != 0);
            this.address = address;
            this.size = size;
            this.capacity = capacity;
        }

        public void run() {
            if (address == 0) {
                // Paranoia
                return;
            }
            unsafe.freeMemory(address);//主动释放直接内存
            address = 0;
            Bits.unreserveMemory(size, capacity);
        }

    }