netty源码剖析(4.0)-27 ByteBuf内存池:PoolArena-PoolThreadCache,netty源码解剖析(4.0)-25 ByteBuf内存池:PoolArena-PoolChunk,netty源码解剖析(4.0)-26 ByteBuf内存池:PoolArena-PoolSubpage
2019-11-18杂谈搜奇网47°c
A+ A-前面两章剖析的PoolChunk和PoolSubpage，从功用上来讲已能够直接拿来用了。但直接运用这个两个类治理内存在高频分派/开释内存场景下会有机能题目，PoolChunk分派内存时算法复杂度最高的是allocateNode要领，开释内存时算法复杂度最高的是free要领。 PoolChunk中二叉树的高度是maxOrder, 那末算法担任度是O(maxOrder)，netty默许的maxOrder是11。别的，PoolChunk不是线程平安的，假如在多线程环境下须要加锁挪用，这个开支比算法开支还要大。
为了处理机能题目，netty设想PoolThreadCache(PTC)。每一个线程持有一个PTC对象，每一个PTC对象持有多个MemoryRegionCache(MRC)对象。MRC对象缓存了大小雷同的内存块。PooledByteBuf在开释内存时，会把内存缓存到，MRC对象中，下次分派内存是会优先从MRC中掏出缓存的内存。如许，在高频，多线程分派/开释的场景下，能够防止绝大部分PoolChunk算法开支和锁开支。
cache的设想
在netty源码解剖析(4.0)-25 ByteBuf内存池:PoolArena-PoolChunk中讲到，PoolArena把内存按内存大小把内存分为4中范例。PTC只缓存Tiny，Small, Normal三种内存。PTC内部保护了这三种内存的缓存数组，每种内存有两个数组，离别用来缓存堆内存和直接内存。
private final MemoryRegionCache<byte[]>[] tinySubPageHeapCaches; private final MemoryRegionCache<byte[]>[] smallSubPageHeapCaches; private final MemoryRegionCache<ByteBuffer>[] tinySubPageDirectCaches; private final MemoryRegionCache<ByteBuffer>[] smallSubPageDirectCaches; private final MemoryRegionCache<byte[]>[] normalHeapCaches; private final MemoryRegionCache<ByteBuffer>[] normalDirectCaches;
这几十个数组都在PTC的组织要领中初始化，tinySubPageHeapCahes和tinSubPageDirectCaches的长度，PoolArena.numTinySubpagePools。smallSubPageHeapCaches和smallSubPageDirectCaches的长度是heapArena.numSmallSubpagePools。这个两种范例的cache都是挪用createSubPageCaches要领建立。normalHeadpCaches和normalDirectCaches的长度取决于传递给组织要领的maxCachedBufferCapacity参数和PoolArena.pageSize，这类cache是挪用createNormalCaches建立。
PoolArena.numTinySubpagePools和PoolArena.numSmallSubpagePools的寄义在netty源码解剖析(4.0)-26 ByteBuf内存池:PoolArena-PoolSubpage中有细致的剖析。
下面以createNormalCaches要领的完成为例剖析cache的建立:
1 private static <T> MemoryRegionCache<T>[] createNormalCaches( 2 int cacheSize, int maxCachedBufferCapacity, PoolArena<T> area) { 3 if (cacheSize > 0 && maxCachedBufferCapacity > 0) { 4 int max = Math.min(area.chunkSize, maxCachedBufferCapacity); 5 int arraySize = Math.max(1, log2(max / area.pageSize) + 1); 6 7 @SuppressWarnings("unchecked") 8 MemoryRegionCache<T>[] cache = new MemoryRegionCache[arraySize]; 9 for (int i = 0; i < cache.length; i++) { 10 cache[i] = new NormalMemoryRegionCache<T>(cacheSize); 11 } 12 return cache; 13 } else { 14 return null; 15 } 16 }
和createSubPageCaches差别，这个要领没有数组长度的参数，须要本身盘算数组长度。
4,5行，盘算cache数组长度。max是最大运转缓存的内存大小，它被限制为<=chunkSize。arraySize是数组的大小。假如max/area.pageSize = 2k, (k<=maxOrder)。log2(max/ares.pageSize) = k。arraySize 最小是1， 最大是maxOrder + 1。这意味着可缓存的内存大小是pageSize * 20, paggeSize * 21, ...... pageSize * 2arraySize-1
8-11行，建立cache数组，并逐一初始化。
这三种范例的数组有差别的特征，这些特征就是它们缓存内存的体式格局:
tinySubPageHeapCahes和tinSubPageDirectCaches: 这两个数组的长度是512 >> 4 = 512/16 = 32。索引idx位置缓存的内存长度normCapacity = idx * 16, 已知normCapacity，idx = normCapacity/16 = normCapacity >> 4。
smallSubPageHeapCaches和smallSubPageDirectCaches: 这个数组的长度是log2(pageSize) - 9。索引idx位置缓存内存的长度normCapacity = (1 << 9) * 2idx =29+idx, 已知normCapacity，idx = log2(normCapacity) - 9。
normalHeadpCaches和normalDirectCaches: 这个数组的长度局限是[1, maxOrder + 1)。索引idx位置缓存的内存长度normCapacity = pageSize * 2idx, 已知normCapacity，idx=log2(normCapacity/pageSize)。
向cache中增加内存
在PooledByteBuf是不是内存时，会优挪用PTC对象的add要领先把内存添增加到cache中:
1 boolean add(PoolArena<?> area, PoolChunk chunk, long handle, int normCapacity, SizeClass sizeClass) { 2 MemoryRegionCache<?> cache = cache(area, normCapacity, sizeClass); 3 if (cache == null) { 4 return false; 5 } 6 return cache.add(chunk, handle); 7 } 8 9 private MemoryRegionCache<?> cache(PoolArena<?> area, int normCapacity, SizeClass sizeClass) { 10 switch (sizeClass) { 11 case Normal: 12 return cacheForNormal(area, normCapacity); 13 case Small: 14 return cacheForSmall(area, normCapacity); 15 case Tiny: 16 return cacheForTiny(area, normCapacity); 17 default: 18 throw new Error(); 19 } 20 }
2行，挪用cache要领找定位到MRC对象。
6行，把内存增加MRC对象。
10-19行，依据sizeClass挪用差别的要领定位MRC对象。这里的sizeClass是依据normCapacity获得的，
normCapacity < 512: sizeClass = Tiny
512 <= normCapacity < pageSize: sizeClass = Small
pageSize <= normCapacity < chunkSize: sizeClass = Nomral
接下来看看这三个用来定位MRC对象的要领是怎样完成的。起首来看cacheForTiny:
1 private MemoryRegionCache<?> cacheForTiny(PoolArena<?> area, int normCapacity) { 2 int idx = PoolArena.tinyIdx(normCapacity); 3 if (area.isDirect()) { 4 return cache(tinySubPageDirectCaches, idx); 5 } 6 return cache(tinySubPageHeapCaches, idx); 7 } 8 9 private static <T> MemoryRegionCache<T> cache(MemoryRegionCache<T>[] cache, int idx) { 10 if (cache == null || idx > cache.length - 1) { 11 return null; 12 } 13 return cache[idx]; 14 }
第2行, 盘算数组的索引 idx = normapCapacity >> 4。
第4，6行挪用的cache完成代码在9-14行。把MRC对象从数组中掏出。
cacheForSmall，cacheForNormal要领和cacheForTiny相似，差别的是盘算idx的要领。
1 private MemoryRegionCache<?> cacheForSmall(PoolArena<?> area, int normCapacity) { 2 int idx = PoolArena.smallIdx(normCapacity); 3 if (area.isDirect()) { 4 return cache(smallSubPageDirectCaches, idx); 5 } 6 return cache(smallSubPageHeapCaches, idx); 7 } 8 9 private MemoryRegionCache<?> cacheForNormal(PoolArena<?> area, int normCapacity) { 10 if (area.isDirect()) { 11 int idx = log2(normCapacity >> numShiftsNormalDirect); 12 return cache(normalDirectCaches, idx); 13 } 14 int idx = log2(normCapacity >> numShiftsNormalHeap); 15 return cache(normalHeapCaches, idx); 16 }
第2行盘算idx要领和第11行相似: log2(val), 初始化res=0，轮回盘算(val >>> 1) == 0 ? res : res += 1。当res稳定时返回，这个是就是log2(val)的值。
第11行，numShiftsNormalDirect = log2(pageSize), normCapacity >> numShiftsNormalDirect = normCapacity/pageSize。第14行同理。
从cache中分派内存
分派内存的历程也依靠前面剖析的几个cacheForXXX要领:
1 /** 2 * Try to allocate a tiny buffer out of the cache. Returns {@code true} if successful {@code false} otherwise 3 */ 4 boolean allocateTiny(PoolArena<?> area, PooledByteBuf<?> buf, int reqCapacity, int normCapacity) { 5 return allocate(cacheForTiny(area, normCapacity), buf, reqCapacity); 6 } 7 8 /** 9 * Try to allocate a small buffer out of the cache. Returns {@code true} if successful {@code false} otherwise 10 */ 11 boolean allocateSmall(PoolArena<?> area, PooledByteBuf<?> buf, int reqCapacity, int normCapacity) { 12 return allocate(cacheForSmall(area, normCapacity), buf, reqCapacity); 13 } 14 15 /** 16 * Try to allocate a small buffer out of the cache. Returns {@code true} if successful {@code false} otherwise 17 */ 18 boolean allocateNormal(PoolArena<?> area, PooledByteBuf<?> buf, int reqCapacity, int normCapacity) { 19 return allocate(cacheForNormal(area, normCapacity), buf, reqCapacity); 20 }
allocate要领完成比较简单，它挪用MRC对象的allocate要领为PooledByteBuf分派内存，并初始化。
MemoryRegionCache(MRC)完成
PTC运用MRC对象缓存大小雷同的内存块。它内部保护了一个行列，行列中保留的是大小从PoolChunk中分派的内存块。它有两个最主要的属性:
Queue<Entry<T>> queue: 缓存内存块的行列。
SizeClass sizeClass: 内存的范例, Tiny, Small或Normal。
MRC有三个类:
MemoryRegionCache<T>: 笼统类，定义了笼统要领initBuf。
SubPageMemoryRegionCache<T>: 完成initBuf要领，运用Tiny或Small内存初始化PooledByteBuf。
NormalMemoryRegionCache<T>: 完成initBuf要领，运用Normal内存初始化PooledByteBuf。
MRC的主要功用是：缓存一块内存，把PoolChunk, handle代表的内存增加到queue中。从queue中掏出一块内存，挪用initBuf要领初始化PooledByteBuf。
缓存内存
1 public final boolean add(PoolChunk<T> chunk, long handle) { 2 Entry<T> entry = newEntry(chunk, handle); 3 boolean queued = queue.offer(entry); 4 if (!queued) { 5 // If it was not possible to cache the chunk, immediately recycle the entry 6 entry.recycle(); 7 } 8 9 return queued; 10 }
这个要领用来吧chunk和handle代表的内存增加的queue中。Entry<T>是MRC的内部类，完成很简单，只是为了能在queue中缓存chunk和handle数据，它运用了Recycler功用，把本身放进了可轮回运用的对象池中。
从掏出一块内存,并初始化PooledByteBuf
1 public final boolean allocate(PooledByteBuf<T> buf, int reqCapacity) { 2 Entry<T> entry = queue.poll(); 3 if (entry == null) { 4 return false; 5 } 6 initBuf(entry.chunk, entry.handle, buf, reqCapacity); 7 entry.recycle(); 8 9 // allocations is not thread-safe which is fine as this is only called from the same thread all time. 10 ++ allocations; 11 return true; 12 }
2-5行，掏出一块内存。
6行，初始化PooledByteBuf。
下面是两个initBuf完成。
1 //SubPageMemoryRegionCache<T> 2 @Override 3 protected void initBuf( 4 PoolChunk<T> chunk, long handle, PooledByteBuf<T> buf, int reqCapacity) { 5 chunk.initBufWithSubpage(buf, handle, reqCapacity); 6 } 7 8 //NormalMemoryRegionCache<T> 9 @Override 10 protected void initBuf( 11 PoolChunk<T> chunk, long handle, PooledByteBuf<T> buf, int reqCapacity) { 12 chunk.initBuf(buf, handle, reqCapacity); 13 }
由5, 12行，能够看到，这两个要领只是用来挪用PoolChunk完成的PooledByteBuf初始化要领。
