Netty内存模型-PoolChunk

1概述

从netty 4开始,netty加入了内存池管理,采用内存池管理比普通的new ByteBuf性能提高了数十倍。首先介绍PoolChunk

2原理

PoolChunk主要负责内存块的分配与回收,首先来看看两个重要的术语。

  • page: 可以分配的最小的内存块单位。

  • chunk: 一堆page的集合。

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上图中是一个默认大小的chunk, 由2048个page组成了一个chunk,一个page的大小为8192, chunk之上有11层节点,最后一层节点数与page数量相等。每次内存分配需要保证内存的连续性,这样才能简单的操作分配到的内存,因此这里构造了一颗完整的平衡二叉树,所有子节点的管理的内存也属于其父节点。如果我们想获取一个8K的内存,则只需在第11层找一个可用节点即可,而如果我们需要16K的数据,则需要在第10层找一个可用节点。如果一个节点存在一个已经被分配的子节点,则该节点不能被分配,例如我们需要16K内存,这个时候id为2048的节点已经被分配,id为2049的节点未分配,就不能直接分配1024这个节点,因为这个节点下的内存只有8K了。

通过上面这个树结构,我们可以看到每次内存分配都是8K*(2^n), 比如需要24K内存时,实际上会申请到一块32K的内存。为了分配一个大小为chunkSize/(2^k)的内存段,需要在深度为k的层从左开始查找可用节点。如想分配16K的内存,chunkSize = 16M, 则k=10, 需要从第10层找一个空闲的节点分配内存。那如何快速分配到指定内存呢,netty使用memoryMap记录分配情况。

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初始化中memoryMap中key是上图中节点值,value是该节点所在层数,对于节点512,其层数是9,则:

  • 如果memoryMap[512] = 9,则表示其本身到下面所有的子节点都可以被分配;

  • 如果memoryMap[512] = 10, 则表示节点512下有子节点已经分配过,则该节点不能直接被分配,而其子节点中的第10层还存在未分配的节点;

  • 如果memoryMap[512] = 12 (即总层数 + 1), 可分配的深度已经大于总层数, 则表示该节点下的所有子节点都已经被分配。

下面看看如何向PoolChunk申请一段内存:

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当需要分配的内存大于pageSize时,使用allocateRun实现内存分配。否则使用allocateSubpage分配内存,主要是将一个page分割成多个element进行分配。其中针对请求的大小进行标准化处理(normCapacity是处理后的值),在分配内存是根据使用者请求的内存大小进行计算,匹配最接近的内存单元。在计算时分如下几种情况:

  • 请求的内存大小是否超过了chunkSize,如果已超出说明一个该内存已经超出了一个chunk能分配的范围,这种内存内存池无法分配应由JVM分配,直接返回原始大小。

  • 请求大小大于等于512,返回一个512的2次幂倍数当做最终的内存大小,当原始大小是512时,返回512,当原始大小在(512,1024]区间,返回1024,当在(1024,2048]区间,返回2048等等。

  • 请求大小小于512,返回一个16的整数倍,原始大小(0,16]区间返回16,(16,32]区间返回32,(32,48]区间返回48等等,这些大小的内存块在内存池中叫tiny块。

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接下来看看allocateRun是如何实现的:

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在allocateNode中遍历匹配:

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  • 从根节点开始遍历,如果当前节点的val<d,则通过id<<=1匹配下一层;

  • 如果val > d,则表示存在子节点被分配的情况,而且剩余节点的内存大小不够,此时需要在兄弟节点上继续查找;

  • 分配成功的节点需要标记为不可用,防止被再次分配,在memoryMap对应位置更新为12;

  • 分配节点完成后,其父节点的状态也需要更新,并可能引起更上一层父节点的更新。

如节点2048被分配出去,更新如下:

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References

1.https://www.jianshu.com/p/c4bd37a3555b

2.https://www.cnblogs.com/pugongying017/p/9616333.html

3.https://blog.csdn.net/youaremoon

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