什么是 Java 中的直接内存（堆外内存）？

回答重点

Java 中的直接内存（Direct Memory）是由操作系统分配的内存区域，它不受 JVM 堆内存管理限制（是堆外内存）。直接内存是通过 java.nio 包中的 ByteBuffer.allocateDirect() 方法分配的，它可以绕过 JVM 垃圾回收机制，直接与本地系统内存交互。

扩展知识

直接内存的优势

由于直接内存不需要在堆上进行分配和复制数据，因此与操作系统的 I/O 操作（如文件读写、网络传输）时可以减少一次复制，提升性能，在文件读写和网络传输场景直接内存有很大的优势。

性能优化策略

使用缓存机制：可以缓存 ByteBuffer.allocateDirect() 分配的缓冲区，减少频繁的直接内存分配。
合理设置 JVM 参数：堆外内存不归 JVM 设置的堆大小限，但是可以通过设置 -XX:MaxDirectMemorySize 来设置直接内存的最大使用量，避免不必要的内存消耗。

直接内存和堆内存的区别

分配位置：堆内存由 JVM 管理，受 GC 控制；直接内存由操作系统分配，使用本地内存。
访问速度：直接内存的访问速度在特定场景下更快，因为减少了堆内存到本地内存的复制过程。
回收机制：堆内存由垃圾回收器自动回收，而直接内存的回收需要通过调用 ByteBuffer 的 cleaner 方法进行清理。

直接内存使用示例

在 Java 中可以利用 Unsafe 类和 NIO 类库使用直接内存。

例如利用 NIO 的 ByteBuffer.allocateDirect(1024) 即可分配得到一个直接内存。

简单示例如下：

import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class DirectMemoryExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 分配直接内存
        ByteBuffer directBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);

        // 写入数据
        directBuffer.put("Hello, 面试鸭 Direct Memory!".getBytes());

        // 切换为读模式
        directBuffer.flip();

        // 读取数据
        byte[] bytes = new byte[directBuffer.remaining()];
        directBuffer.get(bytes);

        // 打印结果
        String retrievedData = new String(bytes, StandardCharsets.UTF_8);
        System.out.println(retrievedData);

        // 手动释放直接内存
        ((sun.nio.ch.DirectBuffer)directBuffer).cleaner().clean();
    }
}

注意最后一行释放内存的 cleaner 。因为垃圾回收器无法直接管理堆外内存，所以 JVM 在创建 ByteBuffer 的时候，在堆内存储了这个对象的指针，然后注册了一个关联的 cleaner（清理器）。

可以看到，源码里面绑定了一个 cleaner：

企业微信截图_48f9c9da-1927-4c6f-a96a-889bb7dcee91.png

而这个 cleaner 是个虚引用（详细看面试鸭关于虚引用的面试题）：

企业微信截图_b44d9298-401e-468f-9dd2-8d6ca9f90c62.png

如果 JVM 检测到没有对象关联 ByteBuffer，说明这个堆外内存已经成为了垃圾，此时 ByteBuffer 会被回收，然后 cleaner 会被加入到引用队列中，之后会就会被触发其 clean 接口，然后清理堆外内存。