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Netty之ByteBuf深入分析

caikeal / 757人閱讀

摘要：對于小內存小于的分配還會將細化成更小的單位。按大小分有兩大類，種情況小于的情況，最小空間為，對齊大小為，區間為，所以共有種情況。大于等于的情況，總共有四種，。

Netty之ByteBuf深入分析

[TOC]

分析思路 內存與內存管理器的抽象 ByteBuf 結構以及重要的API
ByteBuf 數據結構
* {@link ByteBuf} provides two pointer variables to support sequential
 * read and write operations - {@link #readerIndex() readerIndex} for a read
 * operation and {@link #writerIndex() writerIndex} for a write operation
 * respectively.  The following diagram shows how a buffer is segmented into
 * three areas by the two pointers:
 *
 * 
 *      +-------------------+------------------+------------------+
 *      | discardable bytes |  readable bytes  |  writable bytes  |
 *      |                   |     (CONTENT)    |                  |
 *      +-------------------+------------------+------------------+
 *      |                   |                  |                  |
 *      0      <=      readerIndex   <=   writerIndex    <=    capacity
 * 

 *
 * 
Readable bytes (the actual content)
read ,write set 方法
mark 和 reset方法
ByteBuf 分類
Pooled 和 Unpooled

Pooled池化內存分配每次從預先分配好的一塊內存取一段連續內存封裝成ByteBuf提供給應用程序,

Unpooled非池化每次進行內存分配的時候調用系統API向操作系統申請一塊內存

Unsafe 和 非Unsafe

Unsafe直接獲取ByteBuf在JVM內存地址調用JDK的Unsafe進行讀寫操作,通過ByteBuf分配內存首地址和當前指針基于內存偏移地址獲取值,

非Unsafe不依賴JDK的Unsafe對象,通過內存數組和索引獲取值

Heap和Direct

Heap在堆上進行內存分配,分配內存需要被GC管理,無需手動釋放內存,依賴底層byte數組,

Direct調用JDK的API進行內存分配,分配內存不受JVM控制最終不會參與GC過程,需要手動釋放內存避免造成內存無法釋放,依賴DirectByteBuffer對象內存

內存分配器ByteBufAllocator分析
ByteBufAllocator功能

buffer()方法分配內存是否為Direct/Heap內存依賴具體實現,

ioBuffer()方法分配內存更希望是適合IO的Direct Buffer,directBuffer()/headBuffer()方法堆內/堆外進行內存分配,compositeBuffer()方法分配將兩個ByteBuf合并變成CompositeByteBuf

AbstractByteBufAllocator

buffer()方法分配Buffer依賴實現分配內存,調用directBuffer()/heapBuffer()方法分配默認Buffer容量和最大擴充容量的ByteBuf,newDirectBuffer()/newHeapBuffer()方法分配Pooled/Unpooled依賴底層實現

ByteBufAllocator兩個子類

PooledByteBufAllocator從預先分配好的內存取一段內存,

UnpooledByteBufAllocator調用系統API分配內存,調用hasUnsafe()方法獲取Unsafe決定分配Unsafe/非Unsafe

UnpooledByteBufAllocator分析
heap內存的分配

newHeapBuffer()方法通過hasUnsafe()方法判斷是否有Unsafe

傳遞initialCapacity容量Byte數組參數setArray()方法設置array以及setIndex()方法設置讀/寫指針

創建UnpooledUnsafeHeapByteBuf/UnpooledHeapByteBuf,

_get***()方法通過Unsafe方式返回數組對象偏移量[BYTE_ARRAY_BASE_OFFSET+index]對應的byte/數組索引方式返回array數組index位置byte

direct內存的分配

newDirectBuffer()方法通過hasUnsafe()方法判斷是否有Unsafe

調用allocateDirect(initialCapacity)創建DirectByteBuffer

使用setByteBuffer()方法設置buffer[UnpooledUnsafeDirectByteBuf

使用directBufferAddress()方法獲取buffer內存地址設置memoryAddress

創建UnpooledUnsafeDirectByteBuf/UnpooledDirectByteBuf,

_get***()方法通過addr()方法memoryAdress+index計算內存地址

Unsafe獲取對應這塊內存的byte/ByteBuffer獲取buffer index位置對應的byte

不同規格大小和不同類別的內存的分配策略 內存規格介紹 
 0 <-tiny->512B<-small->8K<-normal->16M<-huge->
 |______________________|            |
          SubPage      Page        Chunk

16M作為分界點對應的Chunk,

所有的內存申請以Chunk為單位向操作系統申請,

內存分配在Chunk里面執行相應操作,

16M Chunk按照Page進行切分為2048個Page,8K Page按照SubPage切分

內存的回收過程 常見問題 Netty 的內存的類別有哪些？ 堆內內存/堆外內存

堆內[基于2048byte字節內存數組分配]

堆外[基于JDK的DirectByteBuffer內存分配]

Unsafe/非Unsafe

Unsafe[通過JDK的Unsafe對象基于物理內存地址進行數據讀寫]

非Unsafe[調用JDK的API進行讀寫]

UnPooled/Pooled

UnPooled[每次分配內存申請內存]

Pooled[預先分配好一整塊內存,分配的時候用一定算法從一整塊內存取出一塊連續內存]

如何減少多線程內存分配之間的競爭關系？

PooledByteBufAllocator內存分配器結構維護Arena數組,所有的內存分配都在Arena上進行,

通過PoolThreadCache對象將線程和Arena進行一一綁定, 默認情況一個Nio線程管理一個Arena實現多線程內存分配相互不受影響減少多線程內存分配之間的競爭

不同大小的內存是如何進行分配的？

Page級別的內存分配通過完全二叉樹的標記查找某一段連續內存,

Page級別以下的內存分配首先查找到Page然后把此Page按照SubPage大小進行劃分最后通過位圖的方式進行內存分配

不同大小的內存是如何進行分配的？2

Netty一次向系統申請16M的連續內存空間，這塊內存通過PoolChunk對象包裝，進一步的把這16M內存分成了2048個頁（pageSize=8k）。頁作為Netty內存管理的最基本的單位 ，所有的內存分配首先必須申請一塊空閑頁。
對于小內存（小于4096）的分配還會將Page細化成更小的單位Subpage。Subpage按大小分有兩大類，36種情況：Tiny：小于512的情況，最小空間為16，對齊大小為16，區間為[16,512)，所以共有32種情況。Small：大于等于512的情況，總共有四種，512,1024,2048,4096。

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