概述

之前寫過篇文章，關于堆外內存的，JVM源碼分析之堆外內存完全解讀，里面重點講了DirectByteBuffer的原理，但是今天碰到一個比較奇怪的問題，在設置了-XX:MaxDirectMemorySize=1G的前提下，然后統計所有DirectByteBuffer對象后面占用的內存達到了7G，遠遠超出閾值，這個問題很詭異，于是好好查了下原因，雖然最終發現是我們統計的問題，但是期間發現的其他一些問題還是值得分享一下的。

不得不提的DirectByteBuffer構造函數

打開DirectByteBuffer這個類，我們會發現有5個構造函數

DirectByteBuffer(int cap);

DirectByteBuffer(long addr, int cap, Object ob);

private DirectByteBuffer(long addr, int cap);

protected DirectByteBuffer(int cap, long addr,FileDescriptor fd,Runnable unmapper);

DirectByteBuffer(DirectBuffer db, int mark, int pos, int lim, int cap,int off)

我們從java層面創建DirectByteBuffer對象，一般都是通過ByteBuffer的allocateDirect方法

public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) {
        return new DirectByteBuffer(capacity);
}

也就是會使用上面提到的第一個構造函數，即

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));
        Bits.reserveMemory(size, cap);

        long base = 0;
        try {
            base = unsafe.allocateMemory(size);
        } 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));
        att = null;



    }

而這個構造函數里的Bits.reserveMemory(size, cap)方法會做堆外內存的閾值check

 static void reserveMemory(long size, int cap) {
        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) {
                reservedMemory += size;
                totalCapacity += cap;
                count++;
                return;
            }
        }

        System.gc();
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException x) {
            // Restore interrupt status
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        synchronized (Bits.class) {
            if (totalCapacity + cap > maxMemory)
                throw new OutOfMemoryError("Direct buffer memory");
            reservedMemory += size;
            totalCapacity += cap;
            count++;
        }

    }

因此當我們已經分配的內存超過閾值的時候會觸發一次gc動作，并重新做一次分配，如果還是超過閾值，那將會拋出OOM，因此分配動作會失敗。

所以從這一切看來，只要設置了-XX:MaxDirectMemorySize=1G是不會出現超過這個閾值的情況的，會看到不斷的做GC。

構造函數再探

那其他的構造函數主要是用在什么情況下的呢？

我們知道DirectByteBuffer回收靠的是里面有個cleaner的屬性，但是我們發現有幾個構造函數里cleaner這個屬性卻是null，那這種情況下他們怎么被回收呢？

那下面請大家先看下DirectByteBuffer里的這兩個函數：

  public ByteBuffer slice() {
        int pos = this.position();
        int lim = this.limit();
        assert (pos <= lim);
        int rem = (pos <= lim ? lim - pos : 0);
        int off = (pos << 0);
        assert (off >= 0);
        return new DirectByteBuffer(this, -1, 0, rem, rem, off);
    }

    public ByteBuffer duplicate() {
        return new DirectByteBuffer(this,
                                              this.markValue(),
                                              this.position(),
                                              this.limit(),
                                              this.capacity(),
                                              0);
    }

從名字和實現上基本都能猜出是干什么的了，slice其實是從一塊已知的內存里取出剩下的一部分，用一個新的DirectByteBuffer對象指向它，而duplicate就是創建一個現有DirectByteBuffer的全新副本，各種指針都一樣。

因此從這個實現來看，后面關聯的堆外內存其實是同一塊，所以如果我們做統計的時候如果僅僅將所有DirectByteBuffer對象的capacity加起來，那可能會導致算出來的結果偏大不少，這其實也是我查的那個問題，本來設置了閾值1G，但是發現達到了7G的效果。所以這種情況下使用的構造函數，可以讓cleaner為null，回收靠原來的那個DirectByteBuffer對象被回收。

被遺忘的檢查

但是還有種情況，也是本文要講的重點，在jvm里可以通過jni方法回調上面的DirectByteBuffer構造函數，這個構造函數是

    private DirectByteBuffer(long addr, int cap) {
        super(-1, 0, cap, cap);
        address = addr;
        cleaner = null;
        att = null;
    }

而調用這個構造函數的jni方法是jni_NewDirectByteBuffer

extern "C" jobject JNICALL jni_NewDirectByteBuffer(JNIEnv *env, void* address, jlong capacity)
{
  // thread_from_jni_environment() will block if VM is gone.
  JavaThread* thread = JavaThread::thread_from_jni_environment(env);

  JNIWrapper("jni_NewDirectByteBuffer");
#ifndef USDT2
  DTRACE_PROBE3(hotspot_jni, NewDirectByteBuffer__entry, env, address, capacity);
#else /* USDT2 */
 HOTSPOT_JNI_NEWDIRECTBYTEBUFFER_ENTRY(
                                       env, address, capacity);
#endif /* USDT2 */

  if (!directBufferSupportInitializeEnded) {
    if (!initializeDirectBufferSupport(env, thread)) {
#ifndef USDT2
      DTRACE_PROBE1(hotspot_jni, NewDirectByteBuffer__return, NULL);
#else /* USDT2 */
      HOTSPOT_JNI_NEWDIRECTBYTEBUFFER_RETURN(
                                             NULL);
#endif /* USDT2 */
      return NULL;
    }
  }

  // Being paranoid about accidental sign extension on address
  jlong addr = (jlong) ((uintptr_t) address);
  // NOTE that package-private DirectByteBuffer constructor currently
  // takes int capacity
  jint  cap  = (jint)  capacity;
  jobject ret = env->NewObject(directByteBufferClass, directByteBufferConstructor, addr, cap);
#ifndef USDT2
  DTRACE_PROBE1(hotspot_jni, NewDirectByteBuffer__return, ret);
#else /* USDT2 */
  HOTSPOT_JNI_NEWDIRECTBYTEBUFFER_RETURN(
                                         ret);
#endif /* USDT2 */
  return ret;
}

想象這么種情況，我們寫了一個native方法，里面分配了一塊內存，同時通過上面這個方法和一個DirectByteBuffer對象關聯起來，那從java層面來看這個DirectByteBuffer確實是一個有效的占有不少native內存的對象，但是這個對象后面關聯的內存完全繞過了MaxDirectMemorySize的check，所以也可能給你造成這種現象，明明設置了MaxDirectMemorySize，但是發現DirectByteBuffer關聯的堆外內存其實是大于它的。

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