Java堆棧內(nèi)存、堆外內(nèi)存、零拷貝的示例分析

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)Java堆棧內(nèi)存、堆外內(nèi)存、零拷貝的示例分析，小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

一、堆棧內(nèi)存

堆棧內(nèi)存，顧名思義，指的是堆內(nèi)存以及棧內(nèi)存，其中，堆內(nèi)存是由Java GC進(jìn)行管理的內(nèi)存區(qū)域，而棧內(nèi)存則是線程內(nèi)存。關(guān)于棧內(nèi)存，這里不去細(xì)說。以Hotspot為例，堆內(nèi)存的簡要結(jié)構(gòu)如下圖所示：

而堆棧的關(guān)系，我們可以通過一行簡單的代碼來理解：

public static void main(String[] args) {
    Object o = new Object();
}

上述代碼主要完成了兩件事，new Object( ) 在堆上開辟了一塊內(nèi)存，也就是說，new Object( )是分配在堆上的；而變量o，則是在線程main的棧上面的，它指向了new Object( ) 開辟的堆內(nèi)存地址。簡單來說，程序中創(chuàng)建的對象，都存儲在堆內(nèi)存中，棧內(nèi)存包含對它的引用。

二、堆外內(nèi)存

簡單來說，除了堆棧內(nèi)存，剩下的就都是堆外內(nèi)存了（當(dāng)然，這是從Java運(yùn)行時(shí)內(nèi)存的角度來看），堆外內(nèi)存直接受操作系統(tǒng)管理，而不是虛擬機(jī)。而使用堆外內(nèi)存的原因，主要有幾點(diǎn)：

• 一定程度上減少了GC，堆外內(nèi)存是直接受操作系統(tǒng)管理的，而不是JVM，因此使用堆外內(nèi)存的話，就可以保持一個(gè)比較小的堆內(nèi)內(nèi)存，減少垃圾回收對程序性能的影響。這一塊，在Kafka中就應(yīng)用得很好，感興趣的同學(xué)可以去了解一下；

• 還有一個(gè)更大的優(yōu)點(diǎn)，就是提高IO操作的效率！這里就涉及用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)，以及內(nèi)核緩沖區(qū)的概念，具體可以看筆者之前的一篇文章Java隨筆記 - 內(nèi)核緩沖區(qū)與進(jìn)程緩沖區(qū)。其中，堆內(nèi)內(nèi)存其實(shí)就是用戶進(jìn)程的進(jìn)程緩沖區(qū)，屬于用戶態(tài)，而堆外內(nèi)存由操作系統(tǒng)管理，屬于內(nèi)核態(tài)。如果從堆內(nèi)向磁盤寫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)會被先復(fù)制到堆外內(nèi)存，即內(nèi)核緩沖區(qū)，然后再由OS寫入磁盤，但使用堆外內(nèi)存的話則可以避免這個(gè)復(fù)制操作。

三、零拷貝

總結(jié)上述內(nèi)容中對堆棧內(nèi)存與堆外內(nèi)存的說明，主要解決了兩個(gè)疑問：“零拷貝”是從哪拷貝到哪？“零拷貝”是怎么優(yōu)化掉這一拷貝操作的？

• 用戶進(jìn)程需要像磁盤寫數(shù)據(jù)時(shí)，需要將用戶緩沖區(qū)（堆內(nèi)內(nèi)存）中的內(nèi)容拷貝到內(nèi)核緩沖區(qū)（堆外內(nèi)存）中，操作系統(tǒng)再將內(nèi)核緩沖區(qū)中的內(nèi)容寫進(jìn)磁盤中；

• 通過在用戶進(jìn)程中，直接申請堆外內(nèi)存，存儲其需要寫進(jìn)磁盤的數(shù)據(jù)，就能夠省掉上述拷貝操作。

在Java中，提供了一些使用堆外內(nèi)存以及DMA的方法，能夠在很大程度上優(yōu)化用戶進(jìn)程的IO效率。這里，給出一份拷貝文件的代碼，分別使用BIO、NIO和使用堆外內(nèi)存的NIO進(jìn)行文件復(fù)制，簡單對比其耗時(shí)。

這里我使用一個(gè)200MB左右的pdf文件進(jìn)行拷貝操作，你可以另外指定更大的文件，文件越大對比越明顯。這里我運(yùn)行出來的延時(shí)，BIO的平均耗時(shí)1500ms上下，NIO耗時(shí)120ms左右， 使用堆外內(nèi)存的NIO耗時(shí)100ms上下。

package top.jiangnanmax.nio;

import java.io.*;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

/**
 * @author jiangnanmax
 * @email jiangnanmax@gmail.com
 * @description CopyCompare
 * @date 2021/5/7
 **/

public class CopyCompare {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String inputFile = "/tmp/nio/input/HyperLedger.pdf";
        String outputFile = "/tmp/nio/output/HyperLedger.pdf";

        long start = System.currentTimeMillis();

        nioCopyByDirectMem(inputFile, outputFile);

        long end = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("cost time: " + (end - start) + " ms");

        deleteFile(outputFile);
    }

    /**
     * 使用傳統(tǒng)IO進(jìn)行文件復(fù)制
     *
     * 平均耗時(shí) 15** ms
     *
     * @param sourcePath
     * @param destPath
     */
    private static void bioCopy(String sourcePath, String destPath) throws Exception {
        File sourceFile = new File(sourcePath);
        File destFile = new File(destPath);
        if (!destFile.exists()) {
            destFile.createNewFile();
        }

        FileInputStream inputStream = new FileInputStream(sourceFile);
        FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(destFile);

        byte[] buffer = new byte[512];
        int lenRead;

        while ((lenRead = inputStream.read(buffer)) != -1) {
            outputStream.write(buffer, 0, lenRead);
        }

        inputStream.close();
        outputStream.close();
    }

    /**
     * 使用NIO進(jìn)行文件復(fù)制，但不使用堆外內(nèi)存
     *
     * 平均耗時(shí) 1** ms, 比BIO直接快了一個(gè)數(shù)量級？？？
     *
     * @param sourcePath
     * @param destPath
     */
    private static void nioCopy(String sourcePath, String destPath) throws Exception {
        File sourceFile = new File(sourcePath);
        File destFile = new File(destPath);
        if (!destFile.exists()) {
            destFile.createNewFile();
        }

        FileInputStream inputStream = new FileInputStream(sourceFile);
        FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(destFile);

        FileChannel inputChannel = inputStream.getChannel();
        FileChannel outputChannel = outputStream.getChannel();

        // transferFrom底層調(diào)用的應(yīng)該是sendfile
        // 直接在兩個(gè)文件描述符之間進(jìn)行了數(shù)據(jù)傳輸
        // DMA

        outputChannel.transferFrom(inputChannel, 0, inputChannel.size());

        inputChannel.close();
        outputChannel.close();
        inputStream.close();
        outputStream.close();

    }

    /**
     * 使用NIO進(jìn)行文件復(fù)制，并使用堆外內(nèi)存
     *
     * 平均耗時(shí)100ms上下，比沒使用堆外內(nèi)存的NIO快一點(diǎn)
     *
     * @param sourcePath
     * @param destPath
     */
    private static void nioCopyByDirectMem(String sourcePath, String destPath) throws Exception {
        File sourceFile = new File(sourcePath);
        File destFile = new File(destPath);
        if (!destFile.exists()) {
            destFile.createNewFile();
        }

        FileInputStream inputStream = new FileInputStream(sourceFile);
        FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(destFile);

        FileChannel inputChannel = inputStream.getChannel();
        FileChannel outputChannel = outputStream.getChannel();

        MappedByteBuffer buffer = inputChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, inputChannel.size());

        outputChannel.write(buffer);

        inputChannel.close();
        outputChannel.close();
        inputStream.close();
        outputStream.close();

    }

    /**
     * 刪除目標(biāo)文件
     *
     * @param target
     */
    private static void deleteFile(String target) {
        File file = new File(target);
        file.delete();
    }

}

java基本數(shù)據(jù)類型有哪些

Java的基本數(shù)據(jù)類型分為：1、整數(shù)類型，用來表示整數(shù)的數(shù)據(jù)類型。2、浮點(diǎn)類型，用來表示小數(shù)的數(shù)據(jù)類型。3、字符類型，字符類型的關(guān)鍵字是“char”。4、布爾類型，是表示邏輯值的基本數(shù)據(jù)類型。

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