离堆、本地堆、直接内存和本地内存有什么区别？

Question

最近我在学习JVM内部时遇到了这些概念。我知道Stack Overflow上已经有很多关于它们的单独问题，但我仍然无法理解它们之间的关系或者说它们到底是什么。

下面是我的理解：

1. Native memory 指的是普通JVM堆外的内存区域，但仍然在操作系统为JVM进程预留的用户空间内存总量之内（例如32位Windows上默认为2GB）。JVM保留此空间来存储一些内部数据，如永久代/方法区等。

2. Direct memory 意味着通过 java.nio.DirectByteBuffer 使用本机内存。

3. Native heap 意味着你可以通过 unsafe.allocateMemory 或在JNI代码中直接使用 malloc 来使用本机内存。

4. Off-heap 与本机内存相同。

另外一个问题是，是否可能在 JVM 进程的总内存空间（32位操作系统上为4GB）之外直接分配内存？

请指出我的理解错误，并尽可能清晰地描述它们。

- Eddie Deng

Answer 1

1) 堆内存：JVM进程中用于保存Java对象的内存，并由JVM的垃圾回收器维护。

2) 本机内存/非堆内存：分配在进程地址空间中的内存不在堆内存中，因此不会被Java垃圾回收器释放。

3) 直接内存：类似于本机内存，但还意味着硬件中的底层缓冲区正在共享。例如，网络适配器或图形显示器中的缓冲区。这里的目标是减少同一字节在内存中被复制的次数。

最后，根据操作系统的不同，可以通过Unsafe alloc和/或通过内存映射文件进行额外的本机分配（分配内存地址空间）。内存映射文件特别有趣，因为它可以轻松地分配比机器当前具有的物理内存更多的内存。还要注意，总地址空间限制受使用的指针大小的限制，32位指针不能超出4GB。 。

- Chris K

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我很难理解Java和操作系统提供的内存分段。现在，操作系统将进程的地址空间分成多个段，如堆栈数据文本，同样，JVM进程内存也会有这些由操作系统提供的分段。当JVM开始执行JAVA程序时，它（JVM）再次向Java程序提供类似的分段。现在我真的很困惑这两种类型的内存分段，一种是由操作系统提供，另一种是由JVM提供给Java程序的。你能帮我理解吗？ - Ankush G

Answer 2

"还有一个问题，是否可能直接分配内存到JVM进程保留的总内存空间（32位操作系统上的4GB）之外？"

"在32位操作系统上，一个进程的虚拟地址空间限制为4GB。4字节指针无法寻址超过这个范围之外的内存。"

"你唯一能做的就是打开一个大文件，并通过有限数量的内存映射缓冲区与其交互，根据需要进行映射和释放，并希望操作系统页面缓存将它们保留在物理内存中。"

"如果你需要超过2GB的内存，你真的应该使用64位操作系统和JVM。"

- the8472

Answer 3

许多在JVM上运行的高性能服务器应用程序，如Apache Cassandra，使用离堆内存来提高服务器性能。它曾经将大部分数据结构存储在堆上，但在最近的版本中，它已被存储在离堆内存中。

- Joey Trang