01 直接内存(Direct Memory)

线程共享
并不是虚拟机运行时数据区的一部分，jdk7和jdk8都有

JDK 1.4新加入了NIO(New Input/Output)类，引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)的I/O方式，可以使用Native函数库直接分配堆外内存(直接内存)，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuwffer对象作为这块内存的引用进行操作。 这样能在一些场景中显著提高性能，避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据

NIO的Buffer提供一个可以直接访问系统物理内存的类——DirectBuwffer。DirectBuwffer类继承自ByteBuffer，和普通的ByteBuffer不同。普通的ByteBuffer仍在JVM堆上分配内存，其最大内存受到最大堆内存的限制。而DirectBuffer直接分配在物理内存中，并不占用堆空间。在访问普通的ByteBuffer时，系统总是会使用一个“内核缓冲区”进行操作。而DirectBuffer所处的位置，相当于这个“内核缓冲区”。因此，使用DirectBuffer是一种更加接近内存底层的方法，所以它的速度比普通的ByteBuffer更快

通过使用堆外内存，可以带来以下好处：

  1. 改善堆过大时垃圾回收效率，减少停顿。Full GC时会扫描堆内存，回收效率和堆大小成正比。Native的内存，由OS负责管理和回收
  2. 减少内存在Native堆和JVM堆拷贝过程，避免拷贝损耗，降低内存使用
  3. 可突破JVM内存大小限制

不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是《Java虚拟机规范》中定义的内存区域
直接内存是在Java堆外的、直接向系统申请的内存区间
来源于NIO，通过存在堆中的DirectByteBuffer操作Native内存通常，访问直接内存的速度会优于Java堆。即读写性能高。出于性能考虑，读写频繁的场合可能会考虑使用直接内存

java的NIO库允许Java程序使用直接内存，用于数据缓冲区

也可能导致OutOfMemoryError常由于直接内存在Java堆外，因此它的大小不会直接受限于-xmx指定的最大堆大小，但是系统内存是有限的，Java堆和直接内存的总和依然受限于操作系统能给出的最大内存

缺点
分配回收成本较高
不受JVM内存回收管理
直接内存大小可以通过MaxDirectMemorysize设置如果不指定，默认与堆的最大值-Xn

02 直接内存溢出

直接内存(Direct Memory)容量大小可通过-XX： MaxDirectMemorySize参数来指定， 如果不去指定， 则默认与Java堆最大值(由-Xmx指定)一致， 越过了DirectByteBuer类直接通过反射获取Unsafe实例进行内存分配
(Unsafe类的getUnsafe()方法指定只有引导类加载器才会返回实例， 体现了设计者希望只有虚拟机标准类库里面的类才能使用Unsafe的功能， 在JDK 10时才将Unsafe 的部分功能通过VarHandle开放给外部使用)， 因为虽然使用DirectByteBuer分配内存也会抛出内存溢出异常， 但它抛出异常时并没有真正向操作系统申请分配内存， 而是通过计算得知内存无法分配就会 在代码里手动抛出溢出异常， 真正申请分配内存的方法是Unsafe::allocateMemory()

public class DirectMemoryOOM {
   private static final int _1MB = 1024 * 1024;
   public static void main(String[] args) throws Exception {
      Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
      unsafeField.setAccessible(true);
      Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
      while (true) {
        unsafe.allocateMemory(_1MB);
      }
   }
}

运行结果
Exception in thread “main” java.lang.OutOfMemoryError
at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
at DirectMemoryOOM.main(DirectMemoryOOM.java:12)

由直接内存导致的内存溢出， 一个明显的特征是在Heap Dump文件中不会看见有什么明显的异常情况， 如果发现内存溢出后产生的Dump文件很小， 而程序中又直接或间接使用了DirectMemory(典型的间接使用就是NIO)，那就可以考虑重点检查一下直接内存方面的原因了。