JVM內部會把所有記憶體分成Java使用的堆記憶體和Native使用的記憶體，它們之間是不能共享的，就是說當你的Native記憶體用完了時，如果Java堆又有空閒記憶體，這時Native會重新向Jvm申請，而不是直接使用Java堆記憶體。

使用堆外記憶體，就是為了能直接分配和釋放記憶體，提高效率。JDK5.0之後，程式碼中能直接操作本地記憶體的方式有2種：使用未公開的Unsafe和NIO包下ByteBuffer。

使用ByteBuffer分配本地記憶體則非常簡單，直接ByteBuffer.allocateDirect(10 * 1024 * 1024)即可。

C語言的記憶體分配和釋放函式malloc/free，必須要一一對應，否則就會出現記憶體洩露或者是野指標的非法訪問。java中我們需要手動釋放獲取的堆外記憶體嗎？

我們一起來看看NIO中提供的ByteBuffer

我們將最大堆外記憶體設定成40M，執行這段程式碼會發現：程式可以一直執行下去，不會報OutOfMemoryError。如果使用了-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails，會發現程式頻繁的進行垃圾回收活動。那麼DirectByteBuffer究竟是如何釋放堆外記憶體的？

我們修改下JVM的啟動引數，重新執行之前的程式碼：

與之前的JVM啟動引數相比，增加了-XX:+DisableExplicitGC，這個引數作用是禁止程式碼中顯示呼叫GC。程式碼如何顯示呼叫GC呢，通過System.gc()函式呼叫。如果加上了這個JVM啟動引數，那麼程式碼中呼叫System.gc()沒有任何效果，相當於是沒有這行程式碼一樣。

顯然堆記憶體（包括新生代和老年代）記憶體很充足，但是堆外記憶體溢位了。也就是說NIO直接記憶體的回收，需要依賴於System.gc()。如果我們的應用中使用了java nio中的direct memory，那麼使用-XX:+DisableExplicitGC一定要小心，存在潛在的記憶體洩露風險。

我們知道java程式碼無法強制JVM何時進行垃圾回收，也就是說垃圾回收這個動作的觸發，完全由JVM自己控制，它會挑選合適的時機回收堆記憶體中的無用java物件。程式碼中顯示呼叫System.gc()，只是建議JVM進行垃圾回收，但是到底會不會執行垃圾回收是不確定的，可能會進行垃圾回收，也可能不會。什麼時候才是合適的時機呢？一般來說是，系統比較空閒的時候（比如JVM中活動的執行緒很少的時候），還有就是記憶體不足，不得不進行垃圾回收。我們例子中的根本矛盾在於：堆記憶體由JVM自己管理，堆外記憶體必須要由我們自己釋放；堆記憶體的消耗速度遠遠小於堆外記憶體的消耗，但要命的是必須先釋放堆記憶體中的物件，才能釋放堆外記憶體，但是我們又不能強制JVM釋放堆記憶體。

Direct Memory的回收機制：Direct Memory是受GC控制的，例如ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(1024)，這段程式碼的執行會在堆外佔用1k的記憶體，Java堆內只會佔用一個物件的指標引用的大小，堆外的這1k的空間只有當bb物件被回收時，才會被回收，這裡會發現一個明顯的不對稱現象，就是堆外可能佔用了很多，而堆內沒佔用多少，導致還沒觸發GC，那就很容易出現Direct Memory造成實體記憶體耗光。

Direct ByteBuffer分配出去的記憶體其實也是由GC負責回收的，而不像Unsafe是完全自行管理的，Hotspot在GC時會掃描Direct ByteBuffer物件是否有引用，如沒有則同時也會回收其佔用的堆外記憶體。

使用堆外記憶體與物件池都能減少GC的暫停時間，這是它們唯一的共同點。生命週期短的可變物件，建立開銷大，或者生命週期雖長但存在冗餘的可變物件都比較適合使用物件池。生命週期適中，或者複雜的物件則比較適合由GC來進行處理。然而，中長生命週期的可變物件就比較棘手了，堆外記憶體則正是它們的菜。

堆外記憶體的好處是：

(1)可以擴充套件至更大的記憶體空間。比如超過1TB甚至比主存還大的空間;

(2)理論上能減少GC暫停時間;

(3)可以在程序間共享，減少JVM間的物件複製，使得JVM的分割部署更容易實現;

(4)它的持久化儲存可以支援快速重啟，同時還能夠在測試環境中重現生產資料

站在系統設計的角度來看，使用堆外記憶體可以為你的設計提供更多可能。最重要的提升並不在於效能，而是決定性的

基於GC的回收

存在於堆內的DirectByteBuffer物件很小，只存著基地址和大小等幾個屬性，和一個Cleaner，但它代表著後面所分配的一大段記憶體，是所謂的冰山物件。通過前面說的Cleaner，堆內的DirectByteBuffer物件被GC時，它背後的堆外記憶體也會被回收。

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