使用sun.misc.Cleaner或者PhantomReference实现堆外内存的自动释放

我之前的一篇博客：System.gc()和-XX:+DisableExplicitGC启动参数，以及DirectByteBuffer的内存释放 文章末尾处：提到java
NIO包是通过sun.misc.Cleaner和PhantomReference来实现堆外内存的自动释放的。现在我们来学习下Cleaner和PhantomReference的使用，自己封装实现堆外内存的自动释放。

sun.misc.Cleaner是JDK内部提供的用来释放非堆内存资源的API。JVM只会帮我们自动释放堆内存资源，但是它提供了回调机制，通过这个类能方便的释放系统的其他资源。我们先看下如何使用Cleaner。

package direct;
public class FreeMemoryTask implements Runnable
{
	private long address = 0;

	public FreeMemoryTask(long address)
	{
		this.address = address;
	}

	@Override
	public void run()
	{
		System.out.println("runing FreeMemoryTask");

		if (address == 0)
		{
			System.out.println("already released");
		} else
		{
			GetUsafeInstance.getUnsafeInstance().freeMemory(address);
		}

	}
}

这个实现了Runnable接口的类，功能就是释放堆外内存。这是我们必须要做的事，JVM没有办法帮我们做。

public class ObjectInHeapUseCleaner
{
	private long address = 0;

	public ObjectInHeapUseCleaner()
	{
		address = GetUsafeInstance.getUnsafeInstance().allocateMemory(
				2 * 1024 * 1024);
	}

	public static void main(String[] args)
	{
		while (true)
		{
			System.gc();

			ObjectInHeapUseCleaner heap = new ObjectInHeapUseCleaner();

			// 增加heap的虚引用,定义清理的接口FreeMemoryTask
			Cleaner.create(heap, new FreeMemoryTask(heap.address));
		}
	}
}

运行这段代码，可以发现程序正常运行，不会出现OOM。

Cleaner.create()需要2个参数：第一个参数：需要监控的堆内存对象，第二个参数：程序释放资源的回调。当JVM进行GC的时候，如果发现我们监控的对象，不存在强引用了（只被Cleaner对象引用，这是个幽灵引用），就会调用第二个参数Runnable.run()方法的逻辑，执行完Runnable.run()的时候（这个时候已经释放了堆外内存），JVM会自动释放堆内存中我们监控的对象。可以看到使用sun.misc.Cleaner很简单。

接下来我们看下，不使用sun.misc.Cleaner的情况下，如何释放资源。

import java.lang.ref.PhantomReference;
import java.lang.ref.Reference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class MyOwnCleaner
{

	private static ReferenceQueue<Object> refQueue = new ReferenceQueue<Object>();

	private static Map<Reference<Object>, Runnable> taskMap = new HashMap<Reference<Object>, Runnable>();

	static
	{
		new CleanerThread().start();
	}

	public static void clear(Object heapObject, Runnable task)
	{
		// 当heapObject没有强引用的时候,reference会自动被JVM加入到引用队列中
		// 不管使用有人持有reference对象的强引用
		PhantomReference<Object> reference = new PhantomReference<Object>(
				heapObject, refQueue);

		taskMap.put(reference, task);

	}

	// 清理线程
	private static class CleanerThread extends Thread
	{
		@Override
		public void run()
		{
			while (true)
			{
				try
				{
					@SuppressWarnings("unchecked")
					Reference<Object> refer = (Reference<Object>) refQueue
							.remove();

					Runnable r = taskMap.remove(refer);
					r.run();
				} catch (InterruptedException e)
				{

				}

			}
		}
	}

}

这里使用到了PhantomReference和ReferenceQueue，这是JVM内部的对象销毁机制。当堆中的对象不存在强引用，只存在幽灵引用的时候，JVM会自动将这个对象的幽灵引用加入到与之相关联的的引用队列中。

private static ReferenceQueue<Object> refQueue = new ReferenceQueue<Object>();

这个就是引用队列，JVM会自动将幽灵引用PhantomReference加入到队列中。也就是说，我们只要轮询这个队列，就能够知道哪些对象即将被JVM回收（这些对象只存在幽灵引用了）。

public static void clear(Object heapObject, Runnable task)
{
	// 当heapObject没有强引用的时候,reference会自动被JVM加入到引用队列中
	// 不管使用有人持有reference对象的强引用
	PhantomReference<Object> reference = new PhantomReference<Object>(
			heapObject, refQueue);
	taskMap.put(reference, task);
}

这段代码，相当于是我们给堆中的对象heapObject添加了一个监控（注册了一个幽灵引用）。taskMap记录幽灵引用和相应的代码回收逻辑。之后我们在后台开启了一个CleanerThread线程，不断的轮询引用队列，一旦发现队列中有数据(PhantomReference对象)，就找出对应的Runnable，调用它的run方法，释放堆对象heapObject中引用的堆外内存。测试代码如下：

public class Test
{
	private long address = 0;

	public Test()
	{
		address = GetUsafeInstance.getUnsafeInstance().allocateMemory(
				2 * 1024 * 1024);
	}

	public static void main(String[] args)
	{
		while (true)
		{
			Test heap = new Test();

			MyOwnCleaner.clear(heap, new FreeMemoryTask(heap.address));

			System.gc();
		}
	}
}

运行测试代码，可以发现也不会报OOM，即正确地实现了堆外内存的自动释放。