Java堆外內存之四：直接使用Unsafe類操作堆外內存

在nio以前，是沒有光明正大的做法的，有一個work around的辦法是直接訪問Unsafe類。如果你使用Eclipse，默認是不允許訪問sun.misc下面的類的，你需要稍微修改一下，給Type Access Rules里面添加一條所有類都可以訪問的規則：

在使用Unsafe類的時候：

Unsafe f = Unsafe.getUnsafe();

發現還是被拒絕了，拋出異常：

java.lang.SecurityException: Unsafe

正如Unsafe的類注釋中寫道：

Although the class and all methods are public, use of this class is limited because only trusted code can obtain instances of it.

於是，只能使用反射來做這件事； 

        Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
        f.setAccessible(true);
        Unsafe us = (Unsafe) f.get(null);
        long id = us.allocateMemory(1024 * 1024 * 1024);

其中，allocateMemory返回一個指針，並且其中的數據是未初始化的。如果要釋放這部分內存的話，需要調用freeMemory或者reallocateMemory方法。Unsafe對象提供了一系列put/get方法，例如putByte，但是只能一個一個byte地put，我不知道這樣會不會影響效率，為什么不提供一個putByteArray的方法呢？

示例：

import sun.misc.Unsafe;

public class ObjectInHeap
{
	private long address = 0;

	private Unsafe unsafe = GetUsafeInstance.getUnsafeInstance();

	public ObjectInHeap()
	{
		address = unsafe.allocateMemory(2 * 1024 * 1024);
	}

	// Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
	public static void main(String[] args)
	{
		while (true)
		{
			ObjectInHeap heap = new ObjectInHeap();
			System.out.println("memory address=" + heap.address);
		}
	}
}

這段代碼會拋出OutOfMemoryError。這是因為ObjectInHeap對象是在堆內存中分配的，當該對象被垃圾回收的時候，並不會釋放堆外內存，因為使用Unsafe獲取的堆外內存，必須由程序顯示的釋放，JVM不會幫助我們做這件事情。由此可見，使用Unsafe是有風險的，很容易導致內存泄露。

 

4、正確釋放Unsafe分配的堆外內存

        雖然第3種情況的ObjectInHeap存在內存泄露，但是這個類的設計是合理的，它很好的封裝了直接內存，這個類的調用者感受不到直接內存的存在。那怎么解決ObjectInHeap中的內存泄露問題呢？可以覆寫Object.finalize()，當堆中的對象即將被垃圾回收器釋放的時候，會調用該對象的finalize。由於JVM只會幫助我們管理內存資源，不會幫助我們管理數據庫連接，文件句柄等資源，所以我們需要在finalize自己釋放資源。

import sun.misc.Unsafe;

public class RevisedObjectInHeap
{
	private long address = 0;

	private Unsafe unsafe = GetUsafeInstance.getUnsafeInstance();

	// 讓對象占用堆內存,觸發[Full GC
	private byte[] bytes = null;

	public RevisedObjectInHeap()
	{
		address = unsafe.allocateMemory(2 * 1024 * 1024);
		bytes = new byte[1024 * 1024];
	}

	@Override
	protected void finalize() throws Throwable
	{
		super.finalize();
		System.out.println("finalize." + bytes.length);
		unsafe.freeMemory(address);
	}

	public static void main(String[] args)
	{
		while (true)
		{
			RevisedObjectInHeap heap = new RevisedObjectInHeap();
			System.out.println("memory address=" + heap.address);
		}
	}

}

我們覆蓋了finalize方法，手動釋放分配的堆外內存。如果堆中的對象被回收，那么相應的也會釋放占用的堆外內存。這里有一點需要注意下：

// 讓對象占用堆內存,觸發[Full GC
private byte[] bytes = null;

這行代碼主要目的是為了觸發堆內存的垃圾回收行為，順帶執行對象的finalize釋放堆外內存。如果沒有這行代碼或者是分配的字節數組比較小，程序運行一段時間后還是會報OutOfMemoryError。這是因為每當創建1個RevisedObjectInHeap對象的時候，占用的堆內存很小（就幾十個字節左右），但是卻需要占用2M的堆外內存。這樣堆內存還很充足（這種情況下不會執行堆內存的垃圾回收），但是堆外內存已經不足，所以就不會報OutOfMemoryError。