目錄

• on-heap堆內(nèi)內(nèi)存是什么?
• JVM 堆內(nèi)存是如何去劃分的?
• JVM 堆內(nèi)存滿了后會怎么樣?
• 基于堆外內(nèi)存解決系統(tǒng) GC 卡頓問題

今天給大家聊一個很有意思的知識，就是 off-heap 堆外內(nèi)存，平時出去面試，或者研究一些技術(shù)的時候，經(jīng)?？赡軙龅?off-heap 堆外內(nèi)存這個東西，但是很多人可能還不知道 off-heap 堆外內(nèi)存到底是什么，所以今天就給大家來深入的分析一下。

on-heap 堆內(nèi)內(nèi)存是什么?

要說這個 off-heap 堆外內(nèi)存，就得先說 on-heap 也就是堆內(nèi)內(nèi)存，這個 on-heap 堆內(nèi)內(nèi)存相信很多人應(yīng)該都是熟悉的。

那就是咱們平時寫好的 Java 系統(tǒng)其實運(yùn)行起來就是一個 JVM 進(jìn)程，這個 JVM 進(jìn)程是有一塊內(nèi)存空間專門給他用的，這塊內(nèi)存空間就是堆內(nèi)內(nèi)存。

大概如下圖所示：

JVM 堆內(nèi)存是如何去劃分的?

那么這里通常會產(chǎn)生什么問題呢?一般來說沒什么大問題，但是如果是遇到要把大量數(shù)據(jù)緩存在 JVM 堆內(nèi)存里的時候，就可能會有問題了。

所謂的數(shù)據(jù)緩存，意思就是說，把很多數(shù)據(jù)存放在堆內(nèi)存里，這些數(shù)據(jù)是要一直用的，所以一般來說不能把他回收掉，所以會導(dǎo)致可能很多數(shù)據(jù)一直停留在 JVM 的堆內(nèi)存里。

如下圖：

那么下一個問題來了，這個 JVM 里的堆內(nèi)存是有劃分的，一塊區(qū)域是年輕代，一塊區(qū)域是老年代，像這種緩存數(shù)據(jù)，因為是長期存在堆內(nèi)存里的，所以通常會在年輕代里待一段時間，然后因為沒法垃圾回收，給放到老年代里去。

此時如下圖：

JVM 堆內(nèi)存滿了后會怎么樣?

但是這個老年代里如果放了太多緩存數(shù)據(jù)以后，就可能會導(dǎo)致他剩余的可用空間就會比較少了，此時可能會導(dǎo)致老年代經(jīng)常會放一點別的數(shù)據(jù)就塞滿了，一旦塞滿了就會觸發(fā) JVM 的 Full GC，有一個垃圾回收線程會去回收老年代里的數(shù)據(jù)。

此時如下圖：

可是此時一般來說能回收的也就是除了緩存數(shù)據(jù)之外的一些空間，哪怕你回收了，但是緩存數(shù)據(jù)是要一直存在的，所以沒法回收掉。

此時會導(dǎo)致每次你回收了一部分剩余空間之后，然后還是剩余了很多緩存數(shù)據(jù)，此時對于緩存數(shù)據(jù)來說會一直占據(jù)老年代的很大空間。

那么此時必然導(dǎo)致一個現(xiàn)象，那就是老年代會頻繁的寫一點數(shù)據(jù)就滿了，寫一點數(shù)據(jù)就滿了，然后一會兒就得觸發(fā)一下 Full GC。

每次 Full GC 都會導(dǎo)致 JVM 停止運(yùn)行，沒法處理外部請求，此時對外部來說，就會感覺你的系統(tǒng)性能經(jīng)常抖動，一會卡一下，一會兒卡一下。

所以往往來說，把很多數(shù)據(jù)緩存在 JVM 內(nèi)部，是很可能導(dǎo)致上述現(xiàn)象，就是老年代頻繁塞滿、頻繁觸發(fā) Full GC、頻繁導(dǎo)致系統(tǒng)停頓沒法處理請求。

如下圖：

基于堆外內(nèi)存解決系統(tǒng) GC 卡頓問題

所以針對這種情況，往往我們的優(yōu)化手段，就是會把要緩存的數(shù)據(jù)，從 JVM 堆內(nèi)存里轉(zhuǎn)移到 offheap 堆外內(nèi)存里去，那所以問題來了，啥叫做堆外內(nèi)存呢?

就是顧名思義，不歸 JVM 管的內(nèi)存區(qū)域，OS 操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理的一部分內(nèi)存，叫做堆外內(nèi)存。

所以我們其實可以選擇把很多數(shù)據(jù)直接寫入到堆外內(nèi)存里去，這樣的話，就不會占用 JVM 堆中的老年代空間了，也就不會導(dǎo)致老年代頻繁塞滿，頻繁觸發(fā) Full GC，導(dǎo)致系統(tǒng)性能頻繁抖動了。

如下圖：

那既然這個堆外內(nèi)存這么好，問題來了，他有什么缺點呢?

當(dāng)然有了，因為如果你用的是 JVM 堆內(nèi)的內(nèi)存，你寫入了很多數(shù)據(jù)以后，如果內(nèi)存滿了，此時 JVM 會自動進(jìn)行垃圾回收，幫你釋放掉一些內(nèi)存空間，他是全自動的。

但是如果你用的是堆外內(nèi)存，那可沒有 JVM 來幫你管理了，此時你必須自己管理那塊內(nèi)存空間。

也就是說，你寫入了數(shù)據(jù)以后，到了需要的時候，你得自己注意把部分內(nèi)存進(jìn)行釋放，所以這就導(dǎo)致了堆外內(nèi)存雖然不會導(dǎo)致你的 JVM 頻繁 GC，但是他可能會導(dǎo)致你的代碼管理難度變高。

如下圖：

那么這個堆外內(nèi)存一般來說我們用 Java 代碼是如何申請的呢?

看下面的代碼，一般類似 Netty、RocketMQ 等中間件因為就是要管理大量的內(nèi)存數(shù)據(jù)，所以都會選擇申請一塊堆外內(nèi)存，把數(shù)據(jù)放在里面，自己進(jìn)行精細(xì)化的管理。

// 定義好要申請的堆外內(nèi)存的大小，這里是1GB
int memorySize = 1024 * 1024 * 1024;
// 用Java里的ByteBuffer.allocateDirect方法就可以申請一塊堆外內(nèi)存
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(memorySize);
// 把數(shù)據(jù)寫入到堆外內(nèi)存里去
byte[] bytes = "hello world".getBytes();
byteBuffer.put(bytes);
// 從堆外內(nèi)存里讀取數(shù)據(jù)
byteBuffer.flip();
byte[] readBytes = new byte[bytes.length];
byteBuffer.get(readBytes, 0, bytes.length);

那大家通過這塊代碼看到了我們?nèi)绾紊暾埗淹鈨?nèi)存，以及如何往堆外內(nèi)存里寫入數(shù)據(jù)和如何讀取數(shù)據(jù)之后，現(xiàn)在思考一下，堆外內(nèi)存我們應(yīng)該如何進(jìn)行釋放呢?

是這樣的，這個堆外內(nèi)存其實是被 JVM 堆內(nèi)的一個 ByteBuffer 對象來引用的，所以如果要是 JVM 堆內(nèi)的 ByteBuffer 對象被回收了，那他關(guān)聯(lián)的堆外內(nèi)存就會被釋放了。

如下圖：

好了，今天的知識點就分享到這里了，相信大家看完之后應(yīng)該對堆外內(nèi)存這個概念有了一個較為清晰的認(rèn)識了。