教你JVM怎么使用native memory

目录

• JRE如何使用native存储
• Java堆和GC
• The Just-in-time (JIT) compiler
• Classes and classloaders
• JNI
• NIO
• Threads

JRE如何使用native存储

今天看到一篇特别好的文章，翻译其中一小段Understanding how the JVM uses native memory

Runtime环境提供了被某些未知的用户代码驱动的能力，这使runtime在任何情况下都能使用合适的资源。每一个JVM管理的java应用的行为都会潜在的影响JVM所能提供的运行时环境。这一节我们讨论为什么Java应用会消耗native存储

Java堆和GC

Java的堆是用来存储分配对象的一块内存，大多数的JVM有一块逻辑堆内存，也有少数的JVM实现了多块堆存储。一个物理内存可以基于GC被分配成多块逻辑上的内存。

The Just-in-time (JIT) compiler

JIT编译器会把java字节码编译成运行时可以直接运行的机器码，这极大的提升了JRE运行速度，使Java代码运行比肩native code。
字节码编译会使用native内存（同理，一些像GCC这样的编译器也需要内存去run），但是JIT的输入（字节码）输出（机器码）都必须存储在native内存中。所以包含很多JIT-compiled的方法的应用相对来说更占用native内存。

Classes and classloaders

Java程序由定义了对象和方法逻辑的类组成，可能是Java运行时的库（比如java.lang.String），也可能是三方库。这些class在被使用的时候会被加载进来并被存储在内存里面。

class如何被存储不同JVM的实现相差极大。Sun JDK存储在永生带（PermGen）,IBM从Java5开始为每个classloader开辟native内存并将它们存储在那里。具体的存储位置需要查看实现的文档。

显而易见的是，用更多的类会消耗更多的内存。（这意味着你的native内存消耗会持续增加，或者明确的开辟一块内存，像PermGen，去容纳所有的class），需要注意的是不止是你的应用的class需要存储，frameworks，application servers,三方库，JRE这里面的class在被用到的时候都会被加载并存储进来。

JRE允许卸载class去回收空间，但是这仅仅是在内存严重不足的情况下。不可能仅仅卸载一个单独的class文件，而是卸载classloader，和它加载进来的所有class，一个classloader仅仅会在以下情况下被卸载：

• Java堆中不包含任何代表此classloader的java.lang.ClassLoader对象的应引用
• Java堆中不包含任何代表由此classloader加载进来的类的java.lang.Class对象的引用
• Java堆中没有任何被此classloader加载进来的对象存活。

JNI

JNI允许本地代码和java代码相互调用。JRE严重依赖JNI代码去实现文件和网络这些类库的功能，一个JNI应用能以三种方式增加JRE的native内存

• JNI应用的native代码会被编译进一个so动态链接库，运行时会被加载到可执行的地址空间呢，大型native应用程序只需加载就可占据进程地址空间的很大一部分。
• native代码必须跟JVM共享内存，任何native代码分配或者映射所需要的native内存都需要占用JVM的内存。
• 某些JNI方法可以使用native作为他们正常操作的一部分，比如GetTypeArrayElements或者GetTypeArrayRegion方法都可以拷贝Java堆内存到到native内存供native代码使用。以这种方式访问大块的Java堆内存相应的会占用大量的native内存

NIO

NIO是java1.4之后添加的API，基于管道和缓存，以一种新的方式实现IO操作。除了基于堆的I/O,NIO还添加了基于native内存的direct ByteBuffer(通过java.nio.ByteBuffer.allocateDirect()方法分配)。Direct ByteBuffers可以直接调用系统库的方法去实现I/O操作，这会显示提升在某些场景下的执行效率，因为能避免在Java堆和native堆之间拷贝数据。

我们可能会疑惑direct ByteBuffer申请的内存到底存在哪里，应用仍然用的是Java堆里面的对象去完成I/O操作，但是持有数据的缓存仍然存在native内存中 -Java堆的对象只是持有了一个native堆缓存的引用。一个non-direct ByteBuffer则是直接在Java堆中存储了byte[]数组。

Memory topology for direct and non-direct java.nio.ByteBuffers

Java堆发生GC的时候同样会对Direct ByteBuffer数据执行清除native缓存操作，GC仅仅会在Java堆中已经满了，不支持新的堆空间分配或者程序手动调用GC（不建议手动调用GC）的情况下发生。

还有一种情况，native内存已经满了，又有代码来请求native内存，但是这个时候Java堆还没有达到GC的条件，所以并不会发生GC。（也就是说native内存的GC完全依赖Java堆的GC，反之如果native需要GC了但是堆没有GC的需求的则不会引发GC）

Threads

应用的每一个线程都需要内存去储存它的栈（这块内存用来存储本地变量表和保存状态），每一个Java线程都需要栈去执行，根据实现，Java线程可以具有单独的native和Java栈。除了堆栈空间之外，每个线程还需要一些native内存用于thread-local存储和内部数据结构。
堆栈大小因Java实现和架构而异。某些实现允许您指定Java线程的堆栈大小。通常在256KB和756KB之间的值。

尽管每个线程使用的内存量非常小，但对于具有数百个线程的应用程序，线程堆栈的总内存使用量可能很大。运行具有比可用处理器多的线程来运行它们的应用程序通常是低效的，并且可能导致性能低下以及增加的内存使用。

以上就是教你JVM怎么使用native memory的详细内容，更多关于JVM使用native memory的资料请关注我们其它相关文章！