目录
- [1- 引言：直接内存概述](#1- 引言：直接内存概述)
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- [1-1 直接内存是什么？直接内存的定义(What)](#1-1 直接内存是什么？直接内存的定义(What))
- [1-2 为什么用直接内存？Java程序对直接内存的使用 (Why)](#1-2 为什么用直接内存？Java程序对直接内存的使用 (Why))
- [2- ⭐核心：详解直接内存(How)](#2- ⭐核心：详解直接内存(How))
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- [2-1 文件拷贝案例介绍对比常规 IO(BIO) 和 NIO](#2-1 文件拷贝案例介绍对比常规 IO(BIO) 和 NIO)
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- [常规 IO 的操作流程](#常规 IO 的操作流程)
- [NIO 的操作流程](#NIO 的操作流程)
- [3- 小结：](#3- 小结：)
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- [3-1 什么是直接内存？](#3-1 什么是直接内存？)
1- 引言：直接内存概述
1-1 直接内存是什么？直接内存的定义(What)
- 直接内存：并不属于 JVM 中的内存结构，不由 JVM 进行管理。是虚拟机的系统内存，常见于 NIO 操作时，用于数据缓冲区，它分配回收成本较高，但读写性能高。
1-2 为什么用直接内存？Java程序对直接内存的使用 (Why)
- 高性能需求：直接内存的读写性能高于传统的JVM堆内存，因为减少了内存复制的次数。在进行大量数据的读写操作时，使用直接内存可以显著提高性能。
- NIO操作：Java NIO（Non-blocking IO）库通过使用直接内存来提升IO操作的吞吐量。直接内存允许Java程序直接访问操作系统的内存，从而减少了数据在系统缓冲区和Java堆缓冲区之间复制的开销。
- 资源共享：直接内存是操作系统内存的一部分，可以被操作系统和Java程序共享访问，这使得数据处理更加高效。
- 避免垃圾回收：直接内存不受JVM的垃圾回收机制影响，减少了由于垃圾回收导致的性能波动，对一些高性能应用场景尤为重要。
2- ⭐核心：详解直接内存(How)
2-1 文件拷贝案例介绍对比常规 IO(BIO) 和 NIO
- Java 代码完成文件拷贝
- 场景：
E:/bak1下有文件 需要拷贝到 ------>E:/bak2文件夹下
java
package com.heima.jvm;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
public class DirectMemoryDemo {
static final String FROM = "E:\\bak1\\01-java成神之路.mp4";
static final String TO = "E:\\bak2\\abc.mp4";
static final int _1Mb = 1024 * 1024;
public static void main(String[] args) {
io(); // 256.8563
directBuffer(); // 63.2449
}
private static void directBuffer() {
long start = System.nanoTime();
try (FileChannel from = new FileInputStream(FROM).getChannel();
FileChannel to = new FileOutputStream(TO).getChannel()) {
ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(_1Mb);
while (true) {
int len = from.read(bb);
if (len == -1) break;
bb.flip();
to.write(bb);
bb.clear();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
long end = System.nanoTime();
System.out.println("NIO Time: " + (end - start) / 1e6 + " ms");
}
private static void io() {
long start = System.nanoTime();
try (FileInputStream fis = new FileInputStream(FROM);
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(TO)) {
byte[] buffer = new byte[_1Mb];
int len;
while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {
fos.write(buffer, 0, len);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
long end = System.nanoTime();
System.out.println("IO Time: " + (end - start) / 1e6 + " ms");
}
}
- 结果分析：NIO 比 BIO 效率更高
常规 IO 的操作流程
- Java本身不具备磁盘读写的能力，如果 Java 需要对磁盘进行读写，必须调用操作系统提供的函数（Native 修饰的本地方法）
①内存操作 ------> CPU状态切换
- Java程序运行在用户态（User Space），当需要进行磁盘读写操作时，必须切换到内核态（Kernel Space）。这种切换会消耗CPU资源。
②内存操作 ------> 数据读取和缓冲区使用:
- 通过调用操作系统的函数，将磁盘文件读取到系统缓存区中。
- 为了避免内存占用过大，操作系统利用缓冲区分批次读取数据。
③系统缓冲区与Java缓冲区的交互：
- 系统的缓冲区中 Java 代码无法直接运行，因此 Java 程序需要在堆内存中分配一块缓冲区（Java缓冲区）来存储数据，通常通过new byte[]的方式分配。
⑤数据复制:
- 数据从系统缓冲区复制到Java缓冲区。
- Java代码通过读取Java缓冲区中的数据进行操作。
- 由于存在两块缓冲区，数据需要在两块内存中存储两次，这会导致不必要的复制操作，从而降低效率。
问题所在：多次数据复制
- 因为数据需要从系统缓冲区复制到Java缓冲区，导致了数据的重复存储。
- 这种多次数据复制不仅消耗内存资源，还会影响整体性能。
NIO 的操作流程
- 在 NIO 的过程中，操作系统直接在内存中划分出了一个 直接内存 缓冲区， Java 代码也可以直接在直接访问直接内存。
- 直接内存对于操作系统和 Java 来说都是可以共享的区域，这就是直接内存。这就是直接内存带来的好处，直接提高了文件的 IO 操作。
3- 小结：
3-1 什么是直接内存？
