Unsafe堆外内存申请、回收

在nio以前，是没有光明正大的做法的，唯一的办法是直接访问Unsafe类。如果你使用Eclipse，默认是不允许访问sun.misc下面的类的，你需要稍微修改一下，给Type Access Rules里面添加一条所有类都可以访问的规则：

1、使用Unsafe申请内存

当我们操作完上面配置后，在代码里创建Unsafe对象时：

Unsafe f = Unsafe.getUnsafe();

发现还是被拒绝了，抛出异常：java.lang.SecurityException: Unsafe

正如Unsafe的类注释中写道：

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

于是，只能使用反射来做这件事：

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返回一个指针，并且其中的数据是未初始化的。如果要释放这部分内存的话，需要调用freeMemory或者reallocateMemory方法。

Unsafe对象提供了一系列put/get方法，例如putByte，但是只能一个一个byte地put，我不知道这样会不会影响效率，为什么不提供一个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);
    }
  }
}      

这段代码会抛出OutOfMemoryError。这是因为ObjectInHeap对象是在堆内存中分配的，当该对象被垃圾回收的时候，并不会释放堆外内存，因为使用Unsafe获取的堆外内存，必须由程序显示的释放，JVM不会帮助我们做这件事情。由此可见，使用Unsafe是有风险的，很容易导致内存泄露。

2、正确释放Unsafe分配的堆外内存

虽然上面的ObjectInHeap存在内存泄露，但是这个类的设计是合理的，它很好的封装了直接内存，这个类的调用者感受不到直接内存的存在。那怎么解决ObjectInHeap中的内存泄露问题呢？可以覆写Object.finalize()，当堆中的对象即将被垃圾回收器释放的时候，会调用该对象的finalize，进而释放堆外内存。

import sun.misc.Unsafe;
public class RevisedObjectInHeap {
  private long address = 0;

  private Unsafe unsafe = GetUsafeInstance.getUnsafeInstance();

  // 让对象占用堆内存,触发[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);
    }
  }
}      

我们覆盖了finalize方法，手动释放分配的堆外内存。如果堆中的对象被回收，那么相应的也会释放占用的堆外内存。这里有一点需要注意下：

// 让对象占用堆内存,触发[Full GC

private byte[] bytes = null;

这行代码主要目的是为了触发堆内存的垃圾回收行为，顺带执行对象的finalize释放堆外内存。如果没有这行代码或者是分配的字节数组比较小，程序运行一段时间后还是会报OutOfMemoryError。这是因为每当创建1个RevisedObjectInHeap对象的时候，占用的堆内存很小（就几十个字节左右），但是却需要占用2M的堆外内存。这样堆内存还很充足（这种情况下不会执行堆内存的垃圾回收），但是堆外内存已经不足，所以就不会报OutOfMemoryError。

参考：