javaNetty面试题-堆外内存

在 Java 中对象都是在堆内分配的，通常我们说的JVM 内存也就指的堆内内存，堆内内存完全被JVM 虚拟机所管理，JVM 有自己的垃圾回收算法，对于使用者来说不必关心对象的内存如何回收。堆外内存与堆内内存相对应，对于整个机器内存而言，除堆内内存以外部分即为堆外内存。堆外内存不受 JVM 虚拟机管理，直接由操作系统管理。使用堆外内存有如下几个优点：

1、堆内内存由 JVM GC 自动回收内存，降低了 Java 用户的使用心智，堆外内存由于不受 JVM 管理，所以在一定程度上可以降低 GC 对应用运行时带来的影响。

2、堆外内存需要手动释放，这一点跟 C/C++ 很像，稍有不慎就会造成应用程序内存泄漏，当出现内存泄漏问题时排查起来会相对困难。

3、当进行网络 I/O 操作、文件读写时，堆内内存都需要转换为堆外内存，然后再与底层设备进行交互，所以直接使用堆外内存可以减少一次内存拷贝。

4、堆外内存可以方便实现进程之间、JVM 多实例之间的数据共享。

在堆内存放的 DirectByteBuffer 对象并不大，仅仅包含堆外内存的地址、大小等属性，同时还会创建对应的 Cleaner 对象，通过 ByteBuffer 分配的堆外内存不需要手动回收，它可以被 JVM 自动回收。当堆内的 DirectByteBuffer 对象被 GC 回收时，Cleaner 就会用于回收对应的堆外内存。

从 DirectByteBuffer 的构造函数中可以看出，真正分配堆外内存的逻辑还是通过 unsafe.allocateMemory(size)，Unsafe 是一个非常不安全的类，它用于执行内存访问、分配、修改等敏感操作，可以越过 JVM 限制的枷锁。Unsafe 最初并不是为开发者设计的，使用它时虽然可以获取对底层资源的控制权，但也失去了安全性的保证，使用 Unsafe 一定要慎重（Java 中是不能直接使用 Unsafe 的，但是可以通过反射获取 Unsafe 实例）。Netty 中依赖了 Unsafe 工具类，是因为 Netty 需要与底层 Socket 进行交互，Unsafe 提升 Netty 的性能

因为DirectByteBuffer 对象的回收需要依赖 Old GC 或者 Full GC 才能触发清理，如果长时间没有 GC执行，那么堆外内存即使不再使用，也会一直在占用内存不释放，很容易将机器的物理内存耗尽。-XX:MaxDirectMemorySize 指定堆外内存的上限大小，超出时触发GC，仍无法释放抛出OOM异常。

当初始化堆外内存时，内存中的对象引用情况如下图所示，first 是 Cleaner 类中的静态变量，Cleaner 对象在初始化时会加入 Cleaner 链表中。DirectByteBuffer 对象包含堆外内存的地址、大小以及 Cleaner 对象的引用，ReferenceQueue 用于保存需要回收的 Cleaner 对象。