Netty源码—六、tiny、small内存分配

时间:2021-08-21 21:06:55

tiny内存分配

tiny内存分配流程:

  1. 如果申请的是tiny类型,会先从tiny缓存中尝试分配,如果缓存分配成功则返回

  2. 否则从tinySubpagePools中尝试分配

  3. 如果上面没有分配成功则使用allocateNormal进行分配

从缓存中分配

这里以启用了缓存为例来说明,使用到的缓存类是PoolThreadCache,缓存是通过队列实现的,一个队列中存储的内存大小都是相同的

// io.netty.buffer.PoolArena#allocate(io.netty.buffer.PoolThreadCache, io.netty.buffer.PooledByteBuf<T>, int)
// 这里的cache是PoolThreadCache
if (cache.allocateTiny(this, buf, reqCapacity, normCapacity)) {
// was able to allocate out of the cache so move on
return;
} boolean allocateTiny(PoolArena<?> area, PooledByteBuf<?> buf, int reqCapacity, int normCapacity) {
// 缓存维护了一个队列,这个队列中存储的内存块大小都相同
// 找到缓存之后,从队列中取出一个内存块用来初始化buffer
return allocate(cacheForTiny(area, normCapacity), buf, reqCapacity);
} // 查找缓存数组中缓存的内存
private MemoryRegionCache<?> cacheForTiny(PoolArena<?> area, int normCapacity) {
// 计算出申请内存位于缓存数组中的位置,即数组下标
int idx = PoolArena.tinyIdx(normCapacity);
if (area.isDirect()) {
// 使用直接内存的缓存
return cache(tinySubPageDirectCaches, idx);
}
// 使用堆内存的缓存
return cache(tinySubPageHeapCaches, idx);
} static int tinyIdx(int normCapacity) {
// 由于tiny缓存数组大小是32,依次对应的内存大小是16、32...,512,所以数组的下标应该是申请内存的大小除以16
// normCapacity = normCapacity / 16
return normCapacity >>> 4;
}

从缓存中分配内存的过程

  1. 寻找缓存tinySubPageDirectCaches
  2. 使用缓存中的chunk初始化buf

关于tiny缓存的数据结构

// tiny缓存
// 是一个SubPageMemoryRegionCache数组,默认缓存数组长度:32,依次存储的内存大小是16、32、48...,512
io.netty.buffer.PoolThreadCache#tinySubPageDirectCaches // 初始化tiny缓存数组,数组大小是32
// static final int numTinySubpagePools = 512 >>> 4;
tinySubPageDirectCaches = createSubPageCaches(
tinyCacheSize, PoolArena.numTinySubpagePools, SizeClass.Tiny); // 初始化tiny和small缓存数组
private static <T> MemoryRegionCache<T>[] createSubPageCaches(
int cacheSize, int numCaches, SizeClass sizeClass) {
if (cacheSize > 0) {
@SuppressWarnings("unchecked")
MemoryRegionCache<T>[] cache = new MemoryRegionCache[numCaches];
for (int i = 0; i < cache.length; i++) {
// TODO: maybe use cacheSize / cache.length
cache[i] = new SubPageMemoryRegionCache<T>(cacheSize, sizeClass);
}
return cache;
} else {
return null;
}
}

缓存使用队列实现,一个队列最大元素个数

DEFAULT_TINY_CACHE_SIZE = SystemPropertyUtil.getInt("io.netty.allocator.tinyCacheSize", 512);

从tinySubpagePools中分配

上面缓存中如果没有分配到内存的话,会向内存池tinySubpagePools申请,主要逻辑是:

  1. 计算tinySubpagePools数组的index,右移4,除以16(该数组长度是512>>>4)
  2. 取出index出的subpage,也就是这个index处head
  3. 从head.next查找合适的内存
  4. 找到可用内存后使用io.netty.buffer.PoolChunk#initBufWithSubpage(io.netty.buffer.PooledByteBuf, long, int)初始化buffer

前面已经介绍过tinySubpagePools,是一个数组,数组大小是32,每个元素是一个PoolSubpage,PoolSubpage本身是一个链表,所以要在这个里面查找可用内存,先要计算出数组下表,然后找到该位置的PoolSubpage,取出这个链表的头,然后分配内存。关键代码如下

// io.netty.buffer.PoolArena#allocate(io.netty.buffer.PoolThreadCache, io.netty.buffer.PooledByteBuf<T>, int)
private void allocate(PoolThreadCache cache, PooledByteBuf<T> buf, final int reqCapacity) {
final int normCapacity = normalizeCapacity(reqCapacity);
if (isTinyOrSmall(normCapacity)) { // capacity < pageSize
int tableIdx;
PoolSubpage<T>[] table;
boolean tiny = isTiny(normCapacity);
if (tiny) { // < 512
// 省略中间代码...
tableIdx = tinyIdx(normCapacity);
table = tinySubpagePools;
} else {
// 省略中间代码...
} final PoolSubpage<T> head = table[tableIdx]; /**
* Synchronize on the head. This is needed as {@link PoolChunk#allocateSubpage(int)} and
* {@link PoolChunk#free(long)} may modify the doubly linked list as well.
*/
synchronized (head) {
final PoolSubpage<T> s = head.next;
// 空链表的话,head指向自己
if (s != head) {
assert s.doNotDestroy && s.elemSize == normCapacity;
long handle = s.allocate();
assert handle >= 0;
s.chunk.initBufWithSubpage(buf, handle, reqCapacity);
incTinySmallAllocation(tiny);
return;
}
}
// 省略中间代码...
}

为什么上面没有没有判断head.next是否有可用的内存呢?

tinySubpagePools里面存储的是已经被分配过部分内存的PoolSubpage,PoolSubpage本身是一个链表,如果链表中除了head外有其他PoolSubpage,那么这个subpage一定有可以用的内存块,因为在PoolSubpage.allocate的时候,如果发现没有可用的内存块了,会将subpage从链表中移除。

按照normal的方式分配

如果上面两种方法都没有分配到内存,则调用allocateNormal方法来分配内存,allocateNormal获取内存的方法前面已经说过了,这里不再赘述。

small内存分配

small的分配过程和tiny内存的分配过程几乎一致

small内存分配流程:

  1. 如果申请的是tiny类型,会先从small缓存中尝试分配,如果缓存分配成功则返回

  2. 否则从smallSubpagePools中尝试分配

  3. 如果上面没有分配成功则使用allocateNormal进行分配

small内存的获取过程和tiny的方式类似,可以对照学习,这里不再详述。