5 DirectByteBuffer内存释放
我们已经知道，在网络编程中，为了避免频繁的在用户空间与内核空间拷贝数据，通常会直接从内核空间中申请内存，存放数据，在Java中，把内核空间的内存称之为直接内存，nio包中的ByteBuffer的allocateDirect方法，就是帮助我们申请直接内存的，代码如下所示：
public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) {
return new DirectByteBuffer(capacity);
}
在上述代码片段中，返回的是一个DirectByteBuffer对象，其是ByteBuffer的子类，对于直接内存的分配，就是在这个类中实现的。
有经验的读者可能知道，在java中，直接内存的申请与释放是通过Unsafe类的allocateMemory方法和freeMemory方法来实现的，且对于直接内存的释放，必须手工调用freeMemory方法，因为JVM只能帮我们管理堆内存，直接内存不在其管理范围之内。
DirectByteBuffer帮我们简化了直接内存的使用，我们不需要直接操作Unsafe类来进行直接内存的申请与释放，那么其是如何实现的呢？
直接内存的申请：
在DirectByteBuffer实例通过构造方法创建的时候，会通过Unsafe类的allocateMemory方法 帮我们申请直接内存资源。
直接内存的释放：
DirectByteBuffer本身是一个Java对象，其是位于堆内存中的，JDK的GC机制可以自动帮我们回收，但是其申请的直接内存，不在GC范围之内，无法自动回收。好在JDK提供了一种机制，可以为堆内存对象注册一个钩子函数(其实就是实现Runnable接口的子类)，当堆内存对象被GC回收的时候，会回调run方法，我们可以在这个方法中执行释放DirectByteBuffer引用的直接内存，即在run方法中调用Unsafe 的freeMemory 方法。注册是通过sun.misc.Cleaner类来实现的。
下面通过源码进行分析：
class DirectByteBuffer extends MappedByteBuffer implements DirectBuffer
{
....
//构造方法
DirectByteBuffer(int cap) { // package-private
super(-1, 0, cap, cap);
boolean pa = VM.isDirectMemoryPageAligned();
int ps = Bits.pageSize();
long size = Math.max(1L, (long)cap + (pa ? ps : 0));//对申请的直接内存大小，进行重新计算
Bits.reserveMemory(size, cap);
long base = 0;
try {
base = unsafe.allocateMemory(size); //分配直接内存，base表示的是直接内存的开始地址
} catch (OutOfMemoryError x) {
Bits.unreserveMemory(size, cap);
throw x;
}
unsafe.setMemory(base, size, (byte) 0);
if (pa && (base % ps != 0)) {
// Round up to page boundary
address = base + ps - (base & (ps - 1));
} else {
address = base;
}
cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap));//注册钩子函数，释放直接内存
att = null;
}
....
}
可以看到构造方法中的确是用了unsafe.allocateMemory方法帮我们分配了直接内存，另外，在构造方法的最后，通过 Cleaner.create方法注册了一个钩子函数，用于清除直接内存的引用。
Cleaner.create方法声明如下所示：
public static Cleaner create(Object heapObj, Runnable task)
其中第一个参数是一个堆内存对象，第二个参数是一个Runnable任务，表示这个堆内存对象被回收的时候，需要执行的回调方法。我们可以看到在DirectByteBuffer的最后一行中，传入的这两个参数分别是this，和一个Deallocator(实现了Runnable接口)，其中this表示就是当前DirectByteBuffer实例，也就是当前DirectByteBuffer被回收的时候，回调Deallocator的run方法
Deallocator就是用于清除DirectByteBuffer引用的直接内存，代码如下所示：
private static class Deallocator
implements Runnable
{
private static Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private long address;
private long size;
private int capacity;
private Deallocator(long address, long size, int capacity) {
assert (address != 0);
this.address = address;
this.size = size;
this.capacity = capacity;
}
public void run() {
if (address == 0) {
// Paranoia
return;
}
unsafe.freeMemory(address);//清除直接内存
address = 0;
Bits.unreserveMemory(size, capacity);
}
}
可以看到run方法中调用了unsafe.freeMemory方法释放了直接内存的引用。
关于System.gc对直接内存释放的影响
细心的读者，可能注意到了，在DirectByteBuffer实例创建的时候，分配内存之前调用了Bits.reserveMemory方法，如果分配失败调用了Bits.unreserveMemory，同时在Deallocator释放完直接内存的时候，也调用了Bits.unreserveMemory方法。
这两个方法，主要是记录jdk已经使用的直接内存的数量，当分配直接内存时，需要进行增加，当释放时，需要减少，源码如下：
static void reserveMemory(long size, int cap) {
//如果直接有足够多的直接内存可以用，直接增加直接内存引用的计数
synchronized (Bits.class) {
if (!memoryLimitSet && VM.isBooted()) {
maxMemory = VM.maxDirectMemory();
memoryLimitSet = true;
}
// -XX:MaxDirectMemorySize limits the total capacity rather than the
// actual memory usage, which will differ when buffers are page
// aligned.
if (cap <= maxMemory - totalCapacity) {//维护已经使用的直接内存的数量
reservedMemory += size;
totalCapacity += cap;
count++;
return;
}
}
//如果没有有足够多的直接内存可以用，先进行垃圾回收
System.gc();
try {
Thread.sleep(100);//休眠100秒，等待垃圾回收完成
} catch (InterruptedException x) {
// Restore interrupt status
Thread.currentThread().interrupt();
}
synchronized (Bits.class) {//休眠100毫秒后，增加直接内存引用的计数
if (totalCapacity + cap > maxMemory)
throw new OutOfMemoryError("Direct buffer memory");
reservedMemory += size;
totalCapacity += cap;
count++;
}
}
//释放内存时，减少引用直接内存的计数
static synchronized void unreserveMemory(long size, int cap) {
if (reservedMemory > 0) {
reservedMemory -= size;
totalCapacity -= cap;
count--;
assert (reservedMemory > -1);
}
}
通过上面代码的分析，我们事实上可以认为Bits类是直接内存的分配担保，当有足够的直接内存可以用时，增加直接内存应用计数，否则，调用System.gc，进行垃圾回收，需要注意的是，System.gc只会回收堆内存中的对象，但是我们前面已经讲过，DirectByteBuffer对象被回收时，那么其引用的直接内存也会被回收，试想现在刚好有其他的DirectByteBuffer可以被回收，那么其被回收的直接内存就可以用于本次DirectByteBuffer直接的内存的分配。
因此我们经常看到，有一些文章讲解在使用Nio的时候，不要禁用System.gc，也就是启动JVM的时候，不要传入-XX:+DisableExplicitGC参数，因为这样可能会造成直接内存溢出。道理很明显，因为直接内存的释放与获取比堆内存更加耗时，每次创建DirectByteBuffer实例分配直接内存的时候，都调用System.gc，可以让已经使用完的DirectByteBuffer得到及时的回收。
虽然System.gc只是建议JVM去垃圾回收，可能JVM并不会立即回收，但是频繁的建议，JVM总不会视而不见。
不过，这并不是绝对的，因为System.gc导致的是FullGC，可能会暂停用户线程，也就是JVM不能继续响应用户的请求，对于一些要求延时比较短的应用，是不希望JVM频繁的进行FullGC的。
所以笔者的建议是：禁用System.gc，调大最大可以使用的直接内存。如：
-XX:+DisableExplicitGC -XX:MaxDirectMemorySize=256M
