netty5学习笔记-内存池5-PoolThreadCache

看了前面的PoolArena分析，我们知道PoolArena在分配内存时，使用了synchronized来保证线程安全，这样就带来了一定的效率问题。如何能再此基础上再优化呢，答案很简单，使用ThreadLocal类似的解决方案避免加锁！ 为什么可以使用ThreadLocal，如果了解过netty线程模型（有兴趣后续可以一起学习），应该知道netty的woker线程池，它负责了数据的接收、发送（编解码这里先不说），并且保证同一个连接在同一个线程中完成这两个步骤，因此很容易利用ThreadLocal进行内存的分配和回收优化。

下面我们来看看内存池内存分配流程：

1、ByteBufAllocator 准备申请一块内存；

2、尝试从PoolThreadCache中获取可用内存，如果成功则完成此次分配，否则继续往下走，注意后面的内存分配都会加锁；

3、如果是小块（可配置该值）内存分配，则尝试从PoolArena中缓存的PoolSubpage中获取内存，如果成功则完成此次分配；

4、如果是普通大小的内存分配，则从PoolChunkList中查找可用PoolChunk并进行内存分配，如果没有可用的PoolChunk则创建一个并加入到PoolChunkList中，完成此次内存分配；

5、如果是大块（大于一个chunk的大小）内存分配，则直接分配内存而不用内存池的方式；

6、内存使用完成后进行释放，释放的时候首先判断是否和分配的时候是同一个线程，如果是则尝试将其放入PoolThreadCache，这块内存将会在下一次同一个线程申请内存时使用，即前面的步骤2；

7、如果不是同一个线程，则回收至chunk中，此时chunk中的内存使用率会发生变化，可能导致该chunk在不同的PoolChunkList中移动，或者整个chunk回收（chunk在q000上，且其分配的所有内存被释放）；同时如果释放的是小块内存（与步骤3中描述的内存相同），会尝试将小块内存前置到PoolArena中，这里操作成功了，步骤3的操作中才可能成功。

 

从前面的几个步骤，加上netty本身的线程模型，可以知道ThreadLocal被使用到的几率是很大的（本身的网络io都能用到）。

ThreadLocal管理的对象为PoolThreadCache，由于tiny\small\normal在内存分配上的不同（tiny和small使用subpage,normal使用page），PoolThreadCache中也分了tinySubPageHeapCaches、smallSubPageHeapCaches、normalSubPageHeapCaches三个数组，数据的使用方式与PoolArena中的subpagePools相同，不同的index放不同大小的相应对象，这里数组中对应的类为MemoryRegionCache，来看看它的几个重要属性：

 

        private final Entry<T>[] entries;
        private final int maxUnusedCached;
       private int head;
        private int tail;
        private int maxEntriesInUse;
        private int entriesInUse;

        private static final class Entry<T> {
 PoolChunk<T> chunk;
 long handle;
 }

entries：存放可分配内存的数组，entry维护一个chunk的一段内存标识；

head：当前第一个可分配内存在entries中的位置；
tail：当前数组中可以放数据的第一个可用位置；

在初始化的时候head=tail=0, 随着cache中慢慢有数据加入，tail会不停的增加，当大于等于entries.length时回到0，形成一个环形数组。 同时每次往entries中放数据时，如果发现tail对应位置存在可用的chunk，则说明池已满，此时放弃加入cache。 随着不停分配内存的需求，head也会不停的增加，当其所在位置的entry为空时，说明cache中无可用内存，此时会进入上面的步骤3进行内存分配。

maxUnusedCached：entries.length/2

maxEntriesInUse: cache的最大同时使用数；

entriesInUse: cache中正在使用的内存数目；

如果cache的复用率不高，则会尝试对cahe中的数据进行收缩，每执行freeSweepAllocationThreshold次（可配置）内存分配进行一次收缩，逻辑如下：

1. free=cache中的可用内存段的数目 - 最大同时使用数，及在内存分配高峰期可能存在free个剩余的内存段；

2.如果free>maxUnusedCached，则说明cache中可用数量较多，而使用频率又比较低(maxEntriesInUse小)，存在浪费的可能。此时从head开始释放掉free个内存段。

用过ThreadLocal的同学都知道，使用不当很容易导致内存泄露，而在netty中则使用了ThreadDeathWatcher来防止内存泄露。ThreadDeathWatcher的逻辑很简单，每1s判断指定的Thread是否alive，如果线程已经停止，则执行指定的逻辑：

 

ThreadDeathWatcher.watch(thread, freeTask);

// 如果thread停止则执行freeTask
private final Runnable freeTask = new Runnable() {
 @Override
 public void run() {
            // 释放所有持有的内存
 free0();
 }
 };

到此,netty内存池直接相关的代码已经分析完，其实你会发现netty就是实现了两个比较经典的分配策略，buddy allocation（见PoolChunk）和jemalloc（有一定改动，PooledByteBufAllocator+PoolArena+PoolChunk+PoolThreadCache)，所以如果想了解更新的信息，可以按照上面两个关键词搜索。