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堆内内存还是堆外内存?

| 作者 曹知渊 关注 1 他的粉丝 发布于 2014年12月29日. 估计阅读时间: 4 分钟 | ArchSummit北京2018 共同探讨机器学习、信息安全、微服务治理的关键点

一般情况下,Java中分配的非空对象都是由Java虚拟机的垃圾收集器管理的,也称为堆内内存(on-heap memory)。虚拟机会定期对垃圾内存进行回收,在某些特定的时间点,它会进行一次彻底的回收(full gc)。彻底回收时,垃圾收集器会对所有分配的堆内内存进行完整的扫描,这意味着一个重要的事实——这样一次垃圾收集对Java应用造成的影响,跟堆的大小是成正比的。过大的堆会影响Java应用的性能。

对于这个问题,一种解决方案就是使用堆外内存(off-heap memory)。堆外内存意味着把内存对象分配在Java虚拟机的堆以外的内存,这些内存直接受操作系统管理(而不是虚拟机)。这样做的结果就是能保持一个较小的堆,以减少垃圾收集对应用的影响。

但是Java本身也在不断对堆内内存的实现方式做改进。两者各有什么优缺点?Vanilla Java博客作者Peter Lawrey撰写了一篇文章,在文中他对三种方式:用new来分配对象、对象池(object pool)和堆外内存,进行了详细的分析。

用new来分配对象内存是最基本的一种方式,Lawery提到:

在Java 5.0之前,分配对象的代价很大,以至于大家都使用内存池。但是从5.0开始,对象分配和垃圾回收变得快多了,研发人员发现了性能的提升,纷纷简化他们的代码,不再使用内存池,而直接用new来分配对象。从5.0开始,只有一些分配代价较大的对象,比如线程、套接字和数据库链接,用内存池才会有明显的性能提升。

对于内存池,Lawery认为它主要用于两类对象。第一类是生命周期较短,且结构简单的对象,在内存池中重复利用这些对象能增加CPU缓存的命中率,从而提高性能。第二种情况是加载含有大量重复对象的大片数据,此时使用内存池能减少垃圾回收的时间。对此,Lawery还以StringInterner为例进行了说明。

最后Lawery分析了堆外内存,它和内存池一样,也能缩短垃圾回收时间,但是它适用的对象和内存池完全相反。内存池往往适用于生命期较短的可变对象,而生命期中等或较长的对象,正是堆外内存要解决的。堆外内存有以下特点:

  • 对于大内存有良好的伸缩性
  • 对垃圾回收停顿的改善可以明显感觉到
  • 在进程间可以共享,减少虚拟机间的复制

Lawery还提到对外内存最重要的还不是它能改进性能,而是它的确定性。

当然堆外内存也有它自己的问题,最大的问题就是你的数据结构变得不那么直观,如果数据结构比较复杂,就要对它进行串行化(serialization),而串行化本身也会影响性能。另一个问题是由于你可以使用更大的内存,你可能开始担心虚拟内存(即硬盘)的速度对你的影响了。

Lawery还介绍了OpenHFT公司提供三个开源库:Chronicle QueueChronicle MapThread Affinity,这些库可以帮助开发人员使用堆外内存来保存数据。采用堆外内存有很多好处,同时也带来挑战,对堆外内存感兴趣的读者可以阅读Lawery的原文来了解更多信息。


感谢郭蕾对本文的审校。

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