1. 前言
自从java在1.4版本后有了NIO，direct memory就变得如此的常见。在NIO中，direct memory充当缓冲区，应用的是本机内存而不是堆内存。这种形式缩小了数据在java堆和本机堆之间的复制操作，肯定水平上进步了数据流转的效率。然而direct memory的调配和回收性能不高，不倡议频繁的调配direct memory。
通常咱们都是通过allocateDirect()调配一块间接内存。这实际上是在堆上新建了一个DirectByteBuffer的java对象，该对象援用了一块间接内存的地址（jvm过程中的虚地址，通过缺页异样调配理论的物理地址）。上面就会介绍通过allocateDirect()调配间接内存的过程以及DirectMemory在hotspot源码中的一些细节。
hotspot源码版本为：openjdk 11.0.14
2. DirectMemory内存调配流程
通过如下办法能够调配1M的间接内存。
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024 * 1024);间接进allocateDirect()办法，能够看到实际上是新建了一个DirectByteBuffer对象。
public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) { return new DirectByteBuffer(capacity); }核心内容在DirectByteBuffer类的构造方法中，源码如下：
DirectByteBuffer(int cap) { // package-private // 应用父类构造方法初始化ByteBuffer指针 super(-1, 0, cap, cap); // 判断是否设置了 内存对齐（默认false） boolean pa = VM.isDirectMemoryPageAligned(); int ps = Bits.pageSize(); // 如果不设置内存对齐，size和cap值一样 long size = Math.max(1L, (long)cap + (pa ? ps : 0)); // 内存调配的一些检查和回收操作 Bits.reserveMemory(size, cap); long base = 0; try { // 分配内存，并返回间接内存地址 base = unsafe.allocateMemory(size); } 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 = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap)); att = null; }2.1 内存调配前的查看
外围办法就在Bits.reserveMemory(size, cap);内。源码如下：
static void reserveMemory(long size, int cap) { if (!memoryLimitSet && VM.isBooted()) { // 获取最大间接内存大小 maxMemory = VM.maxDirectMemory(); memoryLimitSet = true; } // optimist! // 这个办法内查看是否存在残余间接内存空间 if (tryReserveMemory(size, cap)) { // 如果还有空间进行调配，间接返回 return; } // 获取Reference对象（这里须要Reference的一些知识点） final JavaLangRefAccess jlra = SharedSecrets.getJavaLangRefAccess(); // retry while helping enqueue pending Reference objects // which includes executing pending Cleaner(s) which includes // Cleaner(s) that free direct buffer memory // 通过Cleaner尝试开释一部分间接内存 while (jlra.tryHandlePendingReference()) { // 再次查看残余间接内存容量 if (tryReserveMemory(size, cap)) { return; } } // trigger VM's Reference processing // 强制Full GC // 能够看到，如果间接内存余量查看不通过，就会触发Full GC System.gc(); // a retry loop with exponential back-off delays // (this gives VM some time to do it's job) // 在循环中屡次查看残余间接内存容量 boolean interrupted = false; try { long sleepTime = 1; int sleeps = 0; while (true) { if (tryReserveMemory(size, cap)) { return; } // MAX_SLEEPS为9 if (sleeps >= MAX_SLEEPS) { break; } if (!jlra.tryHandlePendingReference()) { try { // 每次循环 睡眠工夫 * 2(单位：ms) Thread.sleep(sleepTime); sleepTime <<= 1; sleeps++; } catch (InterruptedException e) { interrupted = true; } } } // no luck throw new OutOfMemoryError("Direct buffer memory"); } finally { if (interrupted) { // don't swallow interrupts Thread.currentThread().interrupt(); } } }tryReserveMemory(size, cap)进行间接内存余量查看的源码如下：
private static boolean tryReserveMemory(long size, int cap) { // -XX:MaxDirectMemorySize limits the total capacity rather than the // actual memory usage, which will differ when buffers are page // aligned. long totalCap; // totalCapacity记录以后已应用间接内存大小 // 须要调配的大小如果小于 最大间接内存和以后已应用的间接内存的差值，则为true // 否则，返回false while (cap <= maxMemory - (totalCap = totalCapacity.get())) { // 通过CAS将以后已应用间接内存大小 更新为 以后新的值 if (totalCapacity.compareAndSet(totalCap, totalCap + cap)) { // 将已预留间接内存大小 更新 为以后新的值 reservedMemory.addAndGet(size); // 计数器自增 count.incrementAndGet(); return true; } } return false; }2.2 DirectMemory默认最大是多少
在下面进行残余内存查看的时候，最大间接内存用的是maxMemory变量的值，源码中它的取值如下：
private static volatile long maxMemory = VM.maxDirectMemory();/*** 这里这个directMemory在VM.java中定义了个动态变量，容易误导人，让人* 认为maxDirectMemory的大小就是64M，其实不是的。**/public static long maxDirectMemory() { return directMemory; }其实maxMemory的值并不是就是64M，默认如果不设置，maxMemory的值和最大堆内存大小（-Xmx设置的值）差不多。如果咱们设置了JVM的运行时参数-XX:MaxDirectMemorySize=xxx，maxMemory就是咱们自定义的值。间接看hotspot源码：
在jvm中会将-XX:MaxDirectMemorySize的属性转换成sun.nio.MaxDirectMemorySize属性，如果不设置，则默认设置为-1。
在jvm启动的时候会读取下面设置的值，如果是-1，则将directMemory设置为运行时的最大内存（即差不多-Xmx的值）。
maxMemory()也是个native办法，源码如下：
至于为什么说 差不多等于最大堆内存的值，其实是少了一个survivor的空间大小。还是看hotspot源码（maxMemory是如何计算的）：
hotspot中对应获取运行时内存的办法是max_capacity()，这个办法的大小计算和垃圾收集器关系密切：
// The particular choice of collected heap. static CollectedHeap* heap() { return _collectedHeap; }能够看到这个版本的hotspot中有8种垃圾收集器
以下以CMS垃圾算法为根底
能够看到CMS垃圾算法下的heap大小其实是：年老代最大内存 ➕ 老年代最大内存
再看年老代的最大内存，其实是减掉了一个survivor的大小，源码如下：
- 由此可见，DirectMemory默认最大是（Xmx - 1个survivor）的大小；
- DirectMemory有余会导致Full GC；
2.3 DirectByteBuffer的内存调配
真正分配内存的办法其实是unsafe.allocateMemory(size)，这是个native办法：
hotspot中的实现是在unsafe.cpp中，源码如下：
实际上底层是调用了操作系统的malloc函数进行内存调配，而后返回一个内存地址给java。
2.3.1 总结下direct memory大抵的调配流程：
- new一个
DirectByteBuffer对象； DirectByteBuffer对象在执行初始化执行构造方法的时候调用unsafe.allocateMemory(size)分配内存，以内存地址作为返回后果；- jvm调用操作系统
malloc函数调配虚拟内存（而后在理论应用中通过缺页异样调配理论的物理内存），返回内存地址给java； - 将内存地址保留至
DirectByteBuffer对象的成员变量address中进行援用；
因而DirectByteBuffer自身作为一个java对象存在于jvm堆中，然而持有一个本机内存的内存地址的援用。DirectByteBuffer在堆中占用的内存很小，然而很可能持有一块很大的本机内存援用。
3. DirectMemory关联的本机内存是如何清理的
既然间接内存不属于jvm堆内存的一部分，那GC必定是无奈间接治理这块内存区域的，那direct memory是如何进行内存回收的呢？
后面曾经理解到，间接内存实际上是通过操作系统的malloc函数进行内存调配的，因而内存开释也须要调用操作系统的free函数。java中能够通过unsafe.freeMemory()来调用底层的free函数。
基于这个思路，开释间接内存大只有两种路径：
- 手动调用
unsafe.freeMemory()进行开释，netty中ByteBuf.release()就是这种形式； - 利用GC机制，在GC的过程中主动调用
unsafe.freeMemory()开释不再被援用的间接内存；
明天次要想分享第2种回收形式，也就是如何在GC的过程中开释不再被援用的间接内存。
在开始之前，须要理解一些对于Reference的前置常识。因为通过GC间接回收direct memory的形式，齐全基于PhantomReference虚援用来实现。
这里我间接贴上一位大佬的博客：《【java.lang.ref】PhantomReference & jdk.internal.ref.Cleaner》地址：https://blog.csdn.net/reliveI...
这篇文章很全面的介绍了PhantomReference虚援用的相干常识，并在DirectByteBuffer章节清晰的形容了通过与GC的交互联动，实现direct memory的回收过程。给大佬点个赞。
到这里也就晓得，为啥《2.1 内存调配前的查看》在Bits.reserveMemory(size, cap)办法中要显示调用System.gc()进行Full GC。这是为了尽可能回收不可达的DirectByteBuffer对象，也只有通过GC才会主动触发unsafe.freeMemory()的调用，开释间接内存。