Direct vs non-direct ByteBuffer

[转]http://littcai.iteye.com/blog/300581

这两种类型的ByteBuffer相信大家都知道，但是两者的区别在什么地方呢？在不同的环境下采用哪种类型的ByteBuffer会更有效率呢？

先解释一下两者的区别：

Non-direct ByteBuffer内存是分配在堆上的，直接由Java虚拟机负责垃圾收集，你可以把它想象成一个字节数组的包装类，如下伪码所示：

HeapByteBuffer extends ByteBuffer {
    byte[] content;
    int position, limit, capacity;
    ......
}

而Direct ByteBuffer是通过JNI在Java虚拟机外的内存中分配了一块（所以即使在运行时通过-Xmx指定了Java虚拟机的最大堆内存，还是可能实例化超出该大小的Direct ByteBuffer），该内存块并不直接由Java虚拟机负责垃圾收集，但是在Direct ByteBuffer包装类被回收时，会通过Java Reference机制来释放该内存块。如下伪码所示：

DirectByteBuffer extends ByteBuffer {
    long address;
    int position, limit, capacity;

    protected void finalize() throws Throwable{
//释放内存块，该段代码仅仅用于演示，真正的Direct ByteBuffer并不是通过finalize来释放的
        releaseAddress();  
        ......
    }
    ......
}

我相信大部分朋友们对上面的区别都应该很了解，那么还有什么其他的区别呢？嘿嘿，让我们稍微深入一点，翻到sun.nio.ch.IOUtil.java，绝大部分Channel类都是通过这个工具类和外界进行通讯的，如FileChannel/SocketChannel等等。我简单的用伪码把write方法给表达出来（read方法也差不多，就不多做说明了）

int write(ByteBuffer src, ......) {
    if (src instanceof DirectBuffer)
        return writeFromNativeBuffer(...);
    ByteBuffer direct = getTemporaryDirectBuffer(src);
    writeFromNativeBuffer(direct,......);
    updatePosition(src);
    releaseTemporaryDirectBuffer(direct);
}

是的，在发送和接收前会把Non-direct ByteBuffer转换为Direct ByteBuffer，然后再进行相关的操作，最后更新原始ByteBuffer的position。这意味着什么？假设我们要从网络中读入一段数据，再把这段数据发送出去的话，采用Non-direct ByteBuffer的流程是这样的：

 网络 --> 临时的Direct ByteBuffer --> 应用 Non-direct ByteBuffer --> 临时的Direct ByteBuffer --> 网络

而采用Direct ByteBuffer的流程是这样的：

网络 --> 应用 Direct ByteBuffer --> 网络

可以看到，除开构造和析构临时Direct ByteBuffer的时间外，起码还能节约两次内存拷贝的时间。那么是否在任何情况下都采用Direct Buffer呢？

不是。对于大部分应用而言，两次内存拷贝的时间几乎可以忽略不计，而构造和析构Direct Buffer的时间却相对较长。在JVM的实现当中，某些方法会缓存一部分临时Direct ByteBuffer，意味着如果采用Direct ByteBuffer仅仅能节约掉两次内存拷贝的时间，而无法节约构造和析构的时间。就用Sun的实现来说，write(ByteBuffer)和read(ByteBuffer)方法都会缓存临时Direct ByteBuffer，而write(ByteBuffer[])和read(ByteBuffer[])每次都生成新的临时Direct ByteBuffer。

根据这些区别，我会提出如下的建议：

• 如果你做中小规模的应用（在这里，应用大小是按照使用ByteBuffer的次数和规模来做划分的），而且并不在乎这该死的细节问题，请选择Non-direct ByteBuffer
• 如果采用Direct ByteBuffer后性能并没有出现你所期待的变化，请选择Non-direct ByteBuffer
• 如果没有Direct ByteBuffer Pool，尽量不要使用Direct ByteBuffer
• 除非你确定该ByteBuffer会长时间存在，并且和外界有频繁交互，可采用Direct ByteBuffer
• 如果采用Non-direct ByteBuffer，那么采用非聚集(gather)的write/read(ByteBuffer)效果反而可能超出聚集的write/read(ByteBuffer[])，因为聚集的write/read的临时Direct ByteBuffer是非缓存的

基本上，采用Non-direct ByteBuffer总是对的！因为内存拷贝需要的开销对大部分应用而言都可以忽略不计。不过我做的是大规模的网络并发框架，因此对这些细节问题还是有必要有深入认识的，并且根据这些细节来调节自己的Buffer继承体系（再次抱怨，ByteBuffer无法扩展实在是一个非常非常非常费解的设计）

 

注：前面提到的“即使在运行时通过-Xmx指定了Java虚拟机的最大堆内存，还是可能实例化超出该大小的Direct ByteBuffer”中的可能是指可以通过-XX:MaxDirectMemorySize=<size>来指定Direct ByteBuffer实例最多可以使用的内存总数。如指定-XX:MaxDirectMemorySize=1024，则系统中所有存活的Direct ByteBuffer总内存数不能超过1024字节。