NDK开发与实践（入门篇·微课视频版）

9.3 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。

9.3.1 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。

9.3.2 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。

9.3.3 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。

9.3.4 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。

9.4 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。