如何理解Netty內(nèi)存管理PoolChunk

這期內(nèi)容當(dāng)中小編將會(huì)給大家?guī)碛嘘P(guān)如何理解Netty內(nèi)存管理 PoolChunk，文章內(nèi)容豐富且以專業(yè)的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

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多年之前，從C內(nèi)存的手動(dòng)管理上升到j(luò)ava的自動(dòng)GC，是歷史的巨大進(jìn)步。然而多年之后，netty的內(nèi)存實(shí)現(xiàn)又曲線的回到了手動(dòng)管理模式，正印證了馬克思哲學(xué)觀：社會(huì)總是在螺旋式前進(jìn)的，沒有永遠(yuǎn)的最好。的確，就內(nèi)存管理而言，GC給程序員帶來的價(jià)值是不言而喻的，不僅大大的降低了程序員的負(fù)擔(dān)，而且也極大的減少了內(nèi)存管理帶來的Crash困擾，不過也有很多情況，可能手動(dòng)的內(nèi)存管理更為合適。
接下去準(zhǔn)備幾個(gè)篇幅對Netty的內(nèi)存管理進(jìn)行深入分析。
PoolChunk
為了能夠簡單的操作內(nèi)存，必須保證每次分配到的內(nèi)存時(shí)連續(xù)的。Netty中底層的內(nèi)存分配和回收管理主要由PoolChunk實(shí)現(xiàn)，其內(nèi)部維護(hù)一棵平衡二叉樹memoryMap，所有子節(jié)點(diǎn)管理的內(nèi)存也屬于其父節(jié)點(diǎn)。

poolChunk默認(rèn)由2048個(gè)page組成，一個(gè)page默認(rèn)大小為8k，圖中節(jié)點(diǎn)的值為在數(shù)組memoryMap的下標(biāo)。
1、如果需要分配大小8k的內(nèi)存，則只需要在第11層，找到第一個(gè)可用節(jié)點(diǎn)即可。
2、如果需要分配大小16k的內(nèi)存，則只需要在第10層，找到第一個(gè)可用節(jié)點(diǎn)即可。
3、如果節(jié)點(diǎn)1024存在一個(gè)已經(jīng)被分配的子節(jié)點(diǎn)2048，則該節(jié)點(diǎn)不能被分配，如需要分配大小16k的內(nèi)存，這個(gè)時(shí)候節(jié)點(diǎn)2048已被分配，節(jié)點(diǎn)2049未被分配，就不能直接分配節(jié)點(diǎn)1024，因?yàn)樵摴?jié)點(diǎn)目前只剩下8k內(nèi)存。
poolChunk內(nèi)部會(huì)保證每次分配內(nèi)存大小為8K*(2n)，為了分配一個(gè)大小為chunkSize/(2k)的節(jié)點(diǎn)，需要在深度為k的層從左開始匹配節(jié)點(diǎn)，那么如何快速的分配到指定內(nèi)存？
memoryMap初始化：

memoryMap = new byte[maxSubpageAllocs << 1];
depthMap = new byte[memoryMap.length];
int memoryMapIndex = 1;
for (int d = 0; d <= maxOrder; ++ d) { // move down the tree one level at a time
    int depth = 1 << d;
    for (int p = 0; p < depth; ++ p) {
        // in each level traverse left to right and set value to the depth of subtree
        memoryMap[memoryMapIndex] = (byte) d;
        depthMap[memoryMapIndex] = (byte) d;
        memoryMapIndex ++;
    }
}

memoryMap數(shù)組中每個(gè)位置保存的是該節(jié)點(diǎn)所在的層數(shù)，有什么作用？對于節(jié)點(diǎn)512，其層數(shù)是9，則：
1、如果memoryMap[512] = 9，則表示其本身到下面所有的子節(jié)點(diǎn)都可以被分配；
2、如果memoryMap[512] = 10， 則表示節(jié)點(diǎn)512下有子節(jié)點(diǎn)已經(jīng)分配過，則該節(jié)點(diǎn)不能直接被分配，而其子節(jié)點(diǎn)中的第10層還存在未分配的節(jié)點(diǎn);
3、如果memoryMap[512] = 12 (即總層數(shù) + 1）, 可分配的深度已經(jīng)大于總層數(shù),  則表示該節(jié)點(diǎn)下的所有子節(jié)點(diǎn)都已經(jīng)被分配。
下面看看如何向PoolChunk申請一段內(nèi)存：

long allocate(int normCapacity) {
    if ((normCapacity & subpageOverflowMask) != 0) { // >= pageSize
        return allocateRun(normCapacity);
    } else {
        return allocateSubpage(normCapacity);
    }
}

1、當(dāng)需要分配的內(nèi)存大于pageSize時(shí)，使用allocateRun實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配。
2、否則使用方法allocateSubpage分配內(nèi)存，在allocateSubpage實(shí)現(xiàn)中，會(huì)把一個(gè)page分割成多段，進(jìn)行內(nèi)存分配。

這里先看看allocateRun是如何實(shí)現(xiàn)的：

private long allocateRun(int normCapacity) {
    int d = maxOrder - (log2(normCapacity) - pageShifts);
    int id = allocateNode(d);
    if (id < 0) {
        return id;
    }
    freeBytes -= runLength(id);
    return id;
}

1、normCapacity是處理過的值，如申請大小為1000的內(nèi)存，實(shí)際申請的內(nèi)存大小為1024。
2、d = maxOrder - (log2(normCapacity) - pageShifts) 可以確定需要在二叉樹的d層開始節(jié)點(diǎn)匹配。
其中pageShifts默認(rèn)值為13，為何是13？因?yàn)橹挥挟?dāng)申請內(nèi)存大小大于2^13（8192）時(shí)才會(huì)使用方法allocateRun分配內(nèi)存。
3、方法allocateNode實(shí)現(xiàn)在二叉樹中進(jìn)行節(jié)點(diǎn)匹配，具體實(shí)現(xiàn)如下：

private int allocateNode(int d) {
    int id = 1;
    int initial = - (1 << d); 
    //value(id)=memoryMap[id] 
    byte val = value(id); 
    if (val > d) { // unusable
        return -1;
    }
    while (val < d || (id & initial) == 0) { // id & initial == 1 << d for all ids at depth d, for < d it is 0
        id <<= 1;
        val = value(id);
        if (val > d) {
            id ^= 1;
            val = value(id);
        }
    }
    byte value = value(id);
    assert value == d && (id & initial) == 1 << d : String.format("val = %d, id & initial = %d, d = %d",
            value, id & initial, d);
    setValue(id, unusable); // mark as unusable
    updateParentsAlloc(id);
    return id;
}

1、從根節(jié)點(diǎn)開始遍歷，如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的val<d，則通過id <<=1匹配下一層；
2、如果val > d，則表示存在子節(jié)點(diǎn)被分配的情況，而且剩余節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存大小不夠，此時(shí)需要在兄弟節(jié)點(diǎn)上繼續(xù)查找；
3、分配成功的節(jié)點(diǎn)需要標(biāo)記為不可用，防止被再次分配，在memoryMap對應(yīng)位置更新為12；
4、分配節(jié)點(diǎn)完成后，其父節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)也需要更新，并可能引起更上一層父節(jié)點(diǎn)的更新，實(shí)現(xiàn)如下：

private void updateParentsAlloc(int id) {
    while (id > 1) {
        int parentId = id >>> 1;
        byte val1 = value(id);
        byte val2 = value(id ^ 1);
        byte val = val1 < val2 ? val1 : val2;
        setValue(parentId, val);
        id = parentId;
    }
}

比如節(jié)點(diǎn)2048被分配出去，更新過程如下：

到目前為止，基于poolChunk的節(jié)點(diǎn)分配已經(jīng)完成。

上述就是小編為大家分享的如何理解Netty內(nèi)存管理 PoolChunk了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進(jìn)行理解。如果想知道更多相關(guān)知識(shí)，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道。

本文名稱：如何理解Netty內(nèi)存管理PoolChunk
網(wǎng)頁URL：http://muchs.cn/article24/jpcsje.html

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