Java堆外內存掃盲貼
Java的堆外內存本來是高貴而神秘的東西，只在一些緩存方案的收費企業版里出現。但自從用了Netty，就變成了天天打交道的事情，畢竟堆外內存能減少IO時的內存復制，不需要堆內存Buffer拷貝一份到直接內存中，然后才寫入Socket中。
好在，Netty所用的堆外內存只是Java NIO的 DirectByteBuffer類，通讀一次很快。還有一些sun.misc.*的類木有源碼，要自己跑去OpenJdk那看個明白。
1. 堆外內存的創建
在DirectByteBuffer中，首先向Bits類申請額度，Bits類有一個全局的 totalCapacity變量，記錄著全部DirectByteBuffer的總大小，每次申請，都先看看是否超限 -- 堆外內存的限額默認與堆內內存(由-XMX 設定)相仿，可用 -XX:MaxDirectMemorySize 重新設定。
如果已經超限，會主動執行Sytem.gc()，期待能主動回收一點堆外內存。然后休眠一百毫秒，看看totalCapacity降下來沒有，如果內存還是不足，就拋出大家最頭痛的OOM異常。
如果額度被批準，就調用大名鼎鼎的sun.misc.Unsafe去分配內存，返回內存基地址，Unsafe的C++實現在此，標準的malloc。然后再調一次Unsafe把這段內存給清零。跑個題，Unsafe的名字是提醒大家這個類只給Sun自家用的，你們別用，不然哪天Sun把它藏起來了你們就哭死。果然，JDK9里就Oracle可能動手哦。
JDK7開始，DirectByteBuffer分配內存時默認已不做分頁對齊，不會再每次分配并清零 實際需要＋分頁大小(4k)的內存，這對性能應有較大提升，所以Oracle專門寫在了Enhancements in Java I/O里。
最后，創建一個Cleaner，并把代表清理動作的Deallocator類綁定 -- 降低Bits里的totalCapacity，并調用Unsafe調free去釋放內存。Cleaner的觸發機制后面再說。
2. 堆外內存基于GC的回收
存在于堆內的DirectByteBuffer對象很小，只存著基地址和大小等幾個屬性，和一個Cleaner，但它代表著后面所分配的一大段內 存，是所謂的冰山對象。通過前面說的Cleaner，堆內的DirectByteBuffer對象被GC時，它背后的堆外內存也會被回收。
快速回顧一下堆內的GC機制，當新生代滿了，就會發生young gc；如果此時對象還沒失效，就不會被回收；撐過幾次young gc后，對象被遷移到老生代；當老生代也滿了，就會發生full gc。
這里可以看到一種尷尬的情況，因為DirectByteBuffer本身的個頭很小，只要熬過了young gc，即使已經失效了也能在老生代里舒服的呆著，不容易把老生代撐爆觸發full gc，如果沒有別的大塊頭進入老生代觸發full gc，就一直在那耗著，占著一大片堆外內存不釋放。
這時，就只能靠前面提到的申請額度超限時觸發的system.gc()來救場了。但這道最后的保險其實也不很好，首先它會中斷整個進程，然后它讓當 前線程睡了整整一百毫秒，而且如果gc沒在一百毫秒內完成，它仍然會無情的拋出OOM異常。還有，萬一，萬一大家迷信某個調優指南設置了 -DisableExplicitGC禁止了system.gc()，那就不好玩了。
所以，堆外內存還是自己主動點回收更好，比如Netty就是這么做的。
3. 堆外內存的主動回收
對于Sun的JDK這其實很簡單，只要從DirectByteBuffer里取出那個sun.misc.Cleaner，然后調用它的clean()就行。
前面說的，clean()執行時實際調用的是被綁定的Deallocator類，這個類可被重復執行，釋放過了就不再釋放。所以GC時再被動執行一次clean()也沒所謂。
在Netty里，因為不確定跑在Sun的JDK里(比如安卓)，所以多廢了些功夫來確定Cleaner的存在。
4. Cleaner如何與GC相關聯？
漲知識的時間到了，原來JDK除了StrongReference，SoftReference 和 WeakReference之外，還有一種PhantomReference，Phantom是幻影的意思，Cleaner就是PhantomReference的子類。
當GC時發現它除了PhantomReference外已不可達（持有它的DirectByteBuffer失效了），就會把它放進 Reference類pending list靜態變量里。然后另有一條ReferenceHandler線程，名字叫 "Reference Handler"的，關注著這個pending list，如果看到有對象類型是Cleaner，就會執行它的clean()。
5. 其實
專家們說，OpenJDK沒有接受jemalloc(redis 們在用)的補丁，直接用malloc在OS里申請一段內存，比在已申請好的JVM堆內內存里劃一塊出來要慢，所以我們在Netty一般用池化的 PooledDirectByteBuf 對DirectByteBuffer進行重用 ，《Netty權威指南》說性能提升了23倍，所以基本不需要頭痛堆外內存的釋放。
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