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堆外内存的回收机制分析

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占小狼 595a1b60 08f6 4beb 998f 2bf55e230555
2017.07.01 18:29* 字数 754

占小狼
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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(int capacity)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,都会创建一个对用的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firstCleaner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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