隨著 JDK 14 的發佈，新版帶來了很多全新或預覽的功能，如 instanceof 模式匹配、信息量更多的 PointerExceptions、switch 表達式等。大部分功能已經被許多新聞和博客網站廣泛報道，但是孵化中的外部內存訪問 API 還沒有得到那麼多的報道，許多報道 JDK 14 的新聞都省略了它，或者只提到了 1-2 行。很可能沒有多少人知道它，也不知道它最終會允許你在 Java 中做什麼。
簡而言之，外部內存訪問 API 是 Project Panama (1) 的一部分，是對 ByteBuffer 的替代，而 ByteBuffer 之前是用於堆外內存。對於任何低級的 I/O 來說，堆外內存是需要的，因為它避免了 GC，從而比堆內內存訪問更快、更可靠。但是，ByteBuffer 也存在侷限，比如 2GB 的大小限制等。
如果你想了解更多，你可以在下面鏈接觀看 Maurizio Cimadamore 的演講 (2)。
正如上面的視頻所描述的那樣，孵化外部內存訪問 API 並不是最終的目標，而是通往更高的目標：Java 中的原生 C 庫訪問。遺憾的是，目前還沒有關於何時交付的時間表。
話雖如此，如果你想嘗試真正的好東西，那麼你可以從 Github (3) 中構建自己的 JDK。我一直在做這個工作，為我的超頻工具所需要的各種 Nvidia API 做綁定，這些 API 利用 Panama 的抽象層來使事情變得更簡單。
說了這麼多，那你實際是怎麼使用它的呢？
MemoryAddress 以及 MemorySegment
Project Panama 中的兩個主要接口是 MemoryAddress 和 MemorySegment。在外部內存訪問 API 中，獲取 MemoryAddress 首先需要使用靜態的 allocateNative 方法創建一個 MemorySegment，然後獲取該段的基本地址。
<code>import
jdk.incubator.foreign.MemoryAddress;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemorySegment;/<code><code>public
class
PanamaMain
/<code><code>{
/<code><code>public
static
void
main
(String[] args)
/<code><code>{/<code><code> MemoryAddress address = MemorySegment.allocateNative(4
).baseAddress;/<code><code> }/<code><code>}/<code>
當然，你可以通過 MemoryAddress 的 segment 方法再次獲取同一個 MemoryAddress 的段。在上面的例子中，我們使用的是重載的 allocateNative 方法，該方法接收了一個新的 MemorySegment 的字節大小的 long 值。這個方法還有另外兩個版本，一個是接受一個 MemoryLayout，我稍後會講到，另一個是接受一個以字節為單位的大小和字節對齊。
MemoryAddress 本身並沒有太多的API。唯一值得注意的方法是 segment 和 offset 。沒有獲取 MemoryAddress 的原始地址的方法。
而 MemorySegment 則有更多的 API。你可以通過 asByteBuffer 將 MemorySegment 轉換為 ByteBuffer，通過 close 關閉(讀：free)段(來自 AutoClosable 接口)，然後用 asSlice 將其切片(後面會有更多的內容)。
好了，我們已經分配了一大塊內存，但如何對它進行讀寫呢？
MemoryHandle
MemoryHandles 是一個提供 VarHandles 的類，用於讀寫內存值。它提供了一些靜態的方法來獲取 VarHandle，但主要的方法是 varHandle，它接受下面任一類。
byte.class
short.class
char.class
int.class
double.class
long.class
(這些都不能和Object版本混淆，比如Integer.class)
在大多數情況下，你只需要通過 nativeOrder 來使用原生順序。至於你使用的類，你要使用一個適合 MemorySegment 的字節大小的類，所以在上面的例子中是 int.class，因為在 Java 中 int 佔用了 4 個字節。
一旦你創建了一個 VarHandle，你現在就可以用它來讀寫內存了。讀取是通過 VarHandle 的各種 get 方法來完成的。關於這些 get 方法的文檔並不是很有用，但簡單的說就是你把 MemoryAddress 實例傳遞給 get 方法，就像這樣。
<code>import
java.lang.invoke.VarHandle;/<code><code>import
java.nio.ByteOrder;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemoryAddress;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemoryHandles;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemorySegment;/<code><code>public
class
PanamaMain
/<code><code>{/<code><code>public
static
void
main
(String[] args)
/<code><code>{/<code><code> MemoryAddress address = MemorySegment.allocateNative(
4
).baseAddress;/<code>
<code> VarHandle handle = MemoryHandles.varHandle(int
.
class
,ByteOrder
.nativeOrder
);/<code>
<code>int
value = (int
)handle.get(address);/<code>
<code> System.out.println("Memory Value: "
+ value);/<code><code> } /<code><code>}/<code>
你會注意到，這裡的 VarHandle 返回的值是類型化的。如果你以前使用過 VarHandles，這對你來說並不震驚，但如果你沒有使用過 VarHandle，那麼你只要知道這很正常，因為 VarHandle 實例返回的是 Object。
默認情況下，所有由異構內存訪問 API 分配的內存都是零。這一點很好，因為你不會在內存中留下隨機的垃圾，但對於性能關鍵的情況下可能是不好的。
至於設置一個值，你可以使用 set 方法。就像 get 方法一樣，你要傳遞地址，然後是你想傳遞到內存中的值。
<code>import
java.lang.invoke.VarHandle;/<code><code>import
java.nio.ByteOrder;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemoryAddress;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemoryHandles;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemorySegment;/<code><code>public
class
PanamaMain
/<code><code>{/<code><code>public
static
void
main
(String[] args)
/<code><code>{/<code><code> MemoryAddress address = MemorySegment.allocateNative(
4
).baseAddress;/<code>
<code> VarHandle handle = MemoryHandles.varHandle(int
.
class
,ByteOrder
.nativeOrder
);/<code>
<code> handle.set(address,10
);/<code>
<code>int
value = (int
)handle.get(address);/<code>
<code> System.out.println("Memory Value: "
+ value);/<code><code> } /<code><code>}/<code>
MemoryLayout 以及 MemoryLayouts
MemoryLayouts 類提供了 MemoryLayout 接口的預定義實現。這些接口允許你快速分配 MemorySegments，保證分配等效類型的 MemorySegments，比如 Java int。一般來說，使用這些預定義的佈局比分配大塊內存要容易得多，因為它們提供了你想要使用的常用佈局類型，而不需要查找它們的大小。
<code>import
java.lang.invoke.VarHandle;/<code><code>import
java.nio.ByteOrder;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemoryAddress;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemoryHandles;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemoryLayouts;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemorySegment;/<code><code>public
class
PanamaMain
/<code><code>{/<code><code>public
static
void
main
(String[] args)
/<code><code>{/<code><code> MemoryAddress address = MemorySegment.allocateNative(MemoryLayouts.JAVA_INT).baseAddress;/<code>
<code> VarHandle handle = MemoryHandles.varHandle(int
.
class
,ByteOrder
.nativeOrder
);/<code>
<code> handle.set(address,10
);/<code>
<code>int
value = (int
)handle.get(address);/<code>
<code> System.out.println("Memory Value: "
+ value);/<code><code> } /<code><code>}/<code>
如果你不想使用這些預定義的佈局，你也不必這樣做。MemoryLayout(注意沒有 "s")有靜態方法，允許你創建自己的佈局。這些方法會返回一些擴展接口，例如：
ValueLayout
SequenceLayout
GroupLayout
ValueLayout 接口的實現是由 ofValueBits 方法返回的。它所做的就是創建一個基本的單值 MemoryLayout，就像 MemoryLayouts.JAVA_INT 一樣。
SequenceLayout 是用於創建一個像數組一樣的 MemoryLayout 的序列。接口實現是通過兩個靜態的 ofSequence 方法返回，不過只有指定長度的方法可以用來分配內存。
GroupLayout 用於結構和聯合類型的內存分配，因為它們之間相當相似。它們的接口實現來自於 structs 的 ofStruct 或 union 的 ofUnion。
如果之前沒有說清楚，MemoryLayout(s) 的使用完全是可選的，但是，它們使 API 的使用和調試變得更容易，因為你可以用常量名代替讀取原始數字。
但是，它們也有自己的問題。任何接受 var args MemoryLayout 輸入作為方法或構造函數的一部分的東西都會接受 GroupLayout 或其他 MemoryLayout，而不是預期的輸入。請確保你指定了正確的佈局。
切片和數組
MemorySegment 可以被切片，以便在一個內存塊中存儲多個值，在處理數組、結構和聯合時常用。如上文所述，這是通過 asSlice 方法來完成的。為了進行分片，你需要知道你要分片的 MemorySegment 的起始位置，單位是字節，以及存儲在該位置的值的大小，單位是字節。這將返回一個 MemorySegment，然後你可以獲得 MemoryAddress。
<code>import
java.lang.invoke.VarHandle;/<code><code>import
java.nio.ByteOrder;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemoryAddress;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemoryHandles;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemorySegment;/<code><code>public
class
PanamaMain
/<code><code>{
/<code><code>public
static
void
main
(String[] args)
/<code><code>{/<code><code> MemoryAddress address = MemorySegment.allocateNative(
24
).baseAddress;/<code><code> MemoryAddress address1 = address.segment.asSlice(0
,8
).baseAddress;/<code><code> MemoryAddress address2 = address.segment.asSlice(8
,8
).baseAddress;/<code><code> MemoryAddress address3 = address.segment.asSlice(16
,8
).baseAddress;/<code><code> VarHandle handle = MemoryHandles.varHandle(long
.class, ByteOrder.nativeOrder);/<code><code>handle.set
(address1, Long.MIN_VALUE);/<code><code> handle.set
(address2,0
);/<code><code> handle.set
(address3, Long.MAX_VALUE);/<code><code>long
value1 = (long
)handle.get(address1);/<code><code>long
value2 = (long
)handle.get(address2);/<code><code>long
value3 = (long
)handle.get(address3);/<code><code> System.out.println("Memory Value 1: "
+ value1);/<code><code> System.out.println("Memory Value 2: "
+ value2);/<code><code> System.out.println("Memory Value 3: "
+ value3);/<code><code> } /<code><code>}/<code>
這裡需要指出的是，你不需要為每個 MemoryAddress 創建新的 VarHandles。
在一個 24 字節的內存塊中，我們把它分成了 3 個不同的切片，使之成為一個數組。
你可以使用一個 for 循環來迭代它，而不是硬編碼分片值。
<code>import
java.lang.invoke.VarHandle;/<code><code>import
java.nio.ByteOrder;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemoryAddress;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemoryHandles;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemorySegment;/<code><code>public
class
PanamaMain
/<code><code>{/<code><code>public
static
void
main
(String[] args)
/<code><code>{/<code><code> MemoryAddress address = MemorySegment.allocateNative(
24
).baseAddress;/<code><code> VarHandle handle = MemoryHandles.varHandle(long
.
class
,ByteOrder
.nativeOrder
);/<code><code>for
(int
i =0
; i <=2
; i++)/<code><code> {/<code><code> MemoryAddress slice = address.segment.asSlice(i*8
,8
).baseAddress;/<code><code> handle.set(slice, i*8
);/<code><code> System.out.println("Long slice at location "
+ handle.get(slice));/<code><code> }/<code><code> } /<code><code>}/<code>
當然，你可以使用 SequenceLayout 而不是使用原始的、硬編碼的值。
<code>import
java.lang.invoke.VarHandle;/<code><code>import
java.nio.ByteOrder;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemoryAddress;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemoryHandles;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemoryLayout;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemoryLayouts;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.MemorySegment;/<code><code>import
jdk.incubator.foreign.SequenceLayout;/<code><code>public
class
PanamaMain
/<code><code>{/<code><code>public
static
void
main
(String[] args)
/<code><code>{/<code><code> SequenceLayout layout = MemoryLayout.ofSequence(
3
, MemoryLayouts.JAVA_LONG);/<code><code> MemoryAddress address = MemorySegment.allocateNative(layout).baseAddress;/<code><code> VarHandle handle = MemoryHandles.varHandle(long
.
class
,ByteOrder
.nativeOrder
);/<code><code>for
(int
i =0
; i < layout.elementCount.getAsLong; i++)/<code><code> {/<code><code> MemoryAddress slice = address.segment.asSlice(i*layout.elementLayout.byteSize, layout.elementLayout.byteSize).baseAddress;/<code><code> handle.set(slice, i*layout.elementLayout.byteSize);/<code><code> System.out.println("Long slice at location "
+ handle.get(slice));/<code><code> }/<code><code> } /<code><code>}/<code>
不包括的內容
到目前為止，所有的東西都只在 JDK 14 的孵化版的範圍內，然而，正如前面提到的，這一切都是邁向原生 C 庫訪問的墊腳石，甚至有一兩個方法名被更改了，已經過時了。在這一切的基礎上，還有另外一層終於可以讓你訪問原生庫調用。總結一下還缺什麼。
jextract
Library 查找
ABI specific ValueLayout
Runtime ABI 佈局
FunctionDescriptor 接口
ForeignUnsafe
所有這些都是在外部訪問 API 的基礎上分層，也是對外存訪問 API 的補充。如果你打算為一些原生 C 語言庫創建綁定，那麼現在學習這些 API 就不會浪費。
文中鏈接
https://openjdk.java.net/projects/panama/
https://www.youtube.com/watch?v=r4dNRVWYaZI
https://github.com/openjdk/panama-foreign
原文
https://medium.com/@youngty1997/jdk-14-foreign-memory-access-api-overview-70951fe221c9
高可用架構
改變互聯網的構建方式
