1.1 DirectBuffer的使用场景
当使用byte[]数组时，Java代码需要将数据从Java堆复制到原生内存（例如，通过JNI的SetByteArrayRegion()或GetByteArrayRegion()函数），然后原生代码才能访问这些数据。这种数据复制操作可能会带来额外的性能开销。在某些实现中，可以使用GetByteArrayElements()和 GetPrimitiveArrayCritical()函数获取指向托管堆中原始数据的实际指针，但在其他实现中，它会在原生堆上分配缓冲区并复制数据，所以，byte[]传递是否能获得真正的原始数据的指针，取决于虚拟机的实现，而直接字节缓冲区允许原生代码直接访问其内存区域，无须进行这种复制操作。
1.1.1 大数据量的IO密集型操作
对于需要处理大量数据的IO密集操作，如文件读写、网络通信等，DirectBuffer可以
显著提高性能。由于DirectBuffer的内存分配在JVM堆外，因此可以避免在Java堆内存和操作系统之间复制数据的需要，从而减少了数据处理的时间和CPU的负载。
1.1.2 长期使用的数据
对于那些需要长期使用的数据，使用DirectBuffer可以避免频繁地创建和销毁堆内
Buffer所带来的额外开销。由于DirectBuffer的生命周期内的内存地址都不会再发生更改，因此内核可以安全地对其进行访问。
1.1.3 对内存管理有特殊要求的场景
DirectBuffer的使用降低了垃圾收集的压力，因为它们不受JVM垃圾收集的直接管
理。这在一些对内存管理有特殊要求的场景中可能非常有用，例如需要避免频繁垃圾收集导致的性能波动或延迟。
1.1.4 需要直接访问操作系统内存资源的场景
DirectBuffer提供了一种高效的方式来直接访问和操作系统级别的内存资源。这种方式允许Java应用程序能够更接近操作系统的底层，提供了更为高效的数据处理能力。
1.2 DirectBuffer的使用案例
示例代码将演示在原生代码中申请缓冲区，并通过JNI接口使其可被Java代码访问。在Java端，利用获得到的缓冲区的引用将数据高效地传递到原生代码中。同时，示例代码将记录两种传递方式分别运行10000000次的耗时。
代码如下：
//第9章/MainActivity.java
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private static final String TAG = "MainActivity";
static {
System.loadLibrary("directbuffer");
}
ByteBuffer mByteBuffer;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
//获得native中申请的缓冲区
mByteBuffer = getNativeByteBuffer();
//申请一个byte数组
byte[] bytes = new byte[10240];
//初始化数组内容
for (int i = 0; i < 10240; i++) {
bytes[i] = (byte) i;
}
//将byte数组放到bytebuffer中
mByteBuffer.put(bytes);
int count = 10000000;
//打印时间
Log.e(TAG, "onCreate: sendData start time: " + SystemClock.currentThreadTimeMillis());
while (count > 0){
//通知原生代码操作数据
sendData();
count --;
}
Log.e(TAG, "onCreate: sendData end time: " + SystemClock.currentThreadTimeMillis());
count = 1000000;
//打印时间
Log.e(TAG, "onCreate: setByteData start time: " + SystemClock.currentThreadTimeMillis());
while (count > 0){
//将byte[]传递到原生代码中
setByteData(bytes);
count --;
}
Log.e(TAG, "onCreate: setByteData end time: " + SystemClock.currentThreadTimeMillis());
}
/**
* 获取native申请的DirectBuffer
* @return DirectBuffer
*/
public native ByteBuffer getNativeByteBuffer();
/**
* 通知原生代码操作数据
*/
public native void sendData();
/**
* 使用byte[]数组传递方式
* @param data byte[]
*/
public native void setByteData(byte[] data);
}
原生代码实现代码如下：
//第9章/native-lib.c
#include <jni.h>
#include <string.h>
#include <malloc.h>
#include <android/log.h> //添加头文件
#define LOG_TAG "jni" //定义TAG
#define LOGD(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, __VA_ARGS__)
unsigned char *gl_buffer = NULL; //DirectBuffer地址
unsigned int gl_capacity; //DirectBuffer 容量
unsigned char buffer[10240] = {0}; //用来模拟数据的复制
JNIEXPORT jobject JNICALL
Java_com_example_directbuffer_MainActivity_getNativeByteBuffer(JNIEnv *env, jobject thiz) {
if (NULL == gl_buffer){
gl_buffer = malloc(10240);
}
return (*env)->NewDirectByteBuffer(env, gl_buffer, 10240);
}
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_example_directbuffer_MainActivity_sendData(JNIEnv *env, jobject thiz) {
//由于是DirectBuffer,这里可以直接使用gl_buffer，无须复制
}
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_example_directbuffer_MainActivity_setByteData(JNIEnv *env, jobject thiz, jbyteArray data) {
//模拟数据的使用,将数组内容复制到gl_buffer中才能使用
(*env)->GetByteArrayRegion(env, data, 0, 10240, gl_buffer);
}
运行结果如下：
//使用DirectBuffer,10000000次执行耗时66ms
sendData start time: 117
sendData end time: 183
//直接传递byte[],10000000次执行耗时2021ms
setByteData start time: 183
setByteData end time: 2204
对于不同次数比较的运行结果，见表9-1。
表 9‑1 运行结果比较
运行次数 | DirectBuffer | byte[] | 差值（ms） |
1000 | 0 | 0 | 0 |
10000 | 3 | 4 | 1 |
100000 | 12 | 24 | 12 |
1000000 | 18 | 208 | 190 |
10000000 | 66 | 2021 | 1955 |
从运行结果可以看出，随着运行次数的增加，相较于使用byte[]，使用DirectBuffer对性能的提升也就越明显。
