Java中调用sun.misc.Unsafe函数的内存开销分析

创建Unsafe实例的代码 #

// 创建Unsafe实例的方式
Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
f.setAccessible(true);
Unsafe unsafe = (Unsafe) f.get(null);

待分析的堆外内存操作代码 #

long address = unsafe.allocateMemory(Integer.BYTES);
int myInteger = 3;
unsafe.putInt(address, myInteger);
int myReadInt = unsafe.getInt(address);

内存分配细节拆解 #

• unsafe.allocateMemory返回的long地址：这个long变量如果是局部变量，会分配在JVM栈上，占用8字节（64位JVM环境下）；如果是类成员变量则会分配在堆中。这部分是JVM用来追踪堆外内存地址的必要开销。
• int myInteger = 3：作为局部变量时，该int值会存在栈上，占用4字节；如果是编译期常量，JVM可能会直接优化为常量池引用，甚至在指令中嵌入值，不会额外分配栈空间。
• unsafe.putInt写入堆外：确实会在堆外分配4字节内存并写入值，这部分是真正的堆外存储开销。
• unsafe.getInt读取操作：读取时会把堆外的4字节数据复制到JVM的栈内存中（对应myReadInt变量），这个myReadInt作为局部变量占用4字节栈空间，但这不属于堆分配，栈内存会在方法执行完毕后自动释放，不需要垃圾回收（GC）处理。

总开销计算与C/C++对比 #

你提到的"写入4字节堆外内存总共分配16字节"，是基于局部变量都分配栈空间的场景：栈上8字节地址 + 4字节myInteger + 堆外4字节 = 16字节。但要注意，栈内存是方法执行时的临时空间，方法结束后会自动回收，和堆内存的GC机制完全不同。

和C/C对比：在64位系统中，C/C常规写法int* addr = malloc(4); *addr = 3;里，指针变量addr同样占用栈上8字节，字面量3通常直接嵌入指令，不会额外分配栈空间，总开销为栈8字节 + 堆外4字节 = 12字节，比Java的情况少4字节（对应Java中myInteger的栈空间）。但如果数据量很大（比如分配1MB堆外内存），JVM中记录地址的8字节开销几乎可以忽略，这时候堆外内存的优势就会凸显。

读取时的内存回收问题 #

从堆外读取的myReadInt如果是局部变量，存储在栈上，方法执行完毕后栈帧弹出，这部分内存自动释放，不需要GC；如果将其赋值给堆中的对象成员，那这部分内存属于堆对象的一部分，会由GC统一管理。

直接传入字面量的优化 #

使用unsafe.putInt(address, 3);时，JVM会把字面量3直接作为方法参数传递，不需要在栈上额外分配myInteger变量的4字节空间，确实能减少这部分栈内存开销。此时写入操作的总开销为栈上8字节地址 + 堆外4字节 = 12字节，和C/C++常规写法的开销一致。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user438454534