Okio之Segment

简介

先看看源码中该类的简介:

/**
 * A segment of a buffer.
 *
 * <p>Each segment in a buffer is a circularly-linked list node referencing
 * the following and preceding segments in the buffer.
 *
 * <p>Each segment in the pool is a singly-linked list node referencing the rest of 
 * segments in the pool.
 *
 * <p>The underlying byte arrays of segments may be shared between buffers and byte strings. When a
 * segment's byte array is shared the segment may not be recycled, nor may its byte data be changed.
 * The lone exception is that the owner segment is allowed to append to the segment, writing data at
 * {@code limit} and beyond. There is a single owning segment for each byte array. Positions,
 * limits, prev, and next references are not shared.
 */

大概意思是:
1.缓冲区的组成单位结构

2.每一个Segment是一个双向循环链表,每一个节点都指向了同一个buffer中的他的前后各一个节点。双向循环链表如图(来自网络):


image.png

3.池中的每个Segment都是一个引用池中其余Segment的单链表列表节点
4.Segment底层的byte数组可以在Buffer和ByteString间共享, 当一个Segment的字节数组被共享时,这个Segment可能不会被回收,其字节数据也不会被改变。 唯一的例外是,该Segment允许附加到Segment上,写入数据可以突破原有的limit。 每个字节数组都有一个单独的拥有Segment。 position,limit,pre和next引用是不被共享的。

变量

 /** 每一个Segment的字节数 */
  static final int SIZE = 8192;

  /** Segment被分享的最小字节数 */
  static final int SHARE_MINIMUM = 1024;

  final byte[] data;

  /** 当前Segment的下一个可读数据的索引 */
  int pos;

  /** 当前Segment的第一个可写数据的索引 */
  int limit;

  /** True表示其他Segment或.byteString共享同一个byte array*/
  boolean shared;

  /** 是否为独享数据。Segment拥有自己的byte array并且可以进行追加 */
  boolean owner;

  //处于Buffer中由Segment组成的双向循环列表中的next和prev
  /** 当前结点的下一个节点 */
  Segment next;

  /** 当前结点的上一个节点 */
  Segment prev;

方法

Segment的主要方法:


image.png

1.pop() 移除操作

/**
   * Removes this segment of a circularly-linked list and returns its successor.
   * Returns null if the list is now empty.
   */
  public Segment pop() {
    Segment result = next != this ? next : null;
    prev.next = next;
    next.prev = prev;
    next = null;
    prev = null;
    return result;
  }

如图所示:


image.png

假设删除的Segment为Segment2,即我们就要断掉Segment2的前后链接,即断掉1-2,2-1,2-3,3-2,如果就这样断掉的话,整条链就断了,不能维持原来的链表结构,所以在断掉的同时,还得将Segment1和Segment3连接起来。故而pop()操作是这样的:
prev.next = next;  //Segment3变成Segment1.next,即线1-3


image.png

next.prev = prev;  //Segment1变成Segment3.pre,即线3-1:


image.png

next = null;  
prev = null;   断掉2-1和2-3,删除Segment2:


image.png

2.push(Segment segment) 添加

/**
   * Appends {@code segment} after this segment in the circularly-linked list.
   * Returns the pushed segment.
   */
  public Segment push(Segment segment) {
    segment.prev = this;
    segment.next = next;
    next.prev = segment;
    next = segment;
    return segment;
  }

同样的道理,只要把握住要节点间的pre与next的位置即可。

3.Segment split(int byteCount)

  public Segment split(int byteCount) {
    if (byteCount <= 0 || byteCount > limit - pos) throw new IllegalArgumentException();
    Segment prefix;

    // We have two competing performance goals:
    //  - Avoid copying data. We accomplish this by sharing segments.
    //  - Avoid short shared segments. These are bad for performance because they are readonly and
    //    may lead to long chains of short segments.
    // To balance these goals we only share segments when the copy will be large.
    if (byteCount >= SHARE_MINIMUM) {
      prefix = new Segment(this);
    } else {
      prefix = SegmentPool.take();
      System.arraycopy(data, pos, prefix.data, 0, byteCount);
    }

    prefix.limit = prefix.pos + byteCount;
    pos += byteCount;
    prev.push(prefix);
    return prefix;
  }

大概意思就是就该Segment链表分割成两个双向循环链表,第一个的元素是从pos-pos+byteCount,第二个是pos+byteCount-limit,返回第一个Segment的头结点。

writeTo(Segment sink, int byteCount)

public void writeTo(Segment sink, int byteCount) {
    //若目标Segment不能进行追加操作则报异常
    if (!sink.owner) throw new IllegalArgumentException();
    if (sink.limit + byteCount > SIZE) {
      // 若目标Segment是共享的,为避免污染数据,抛异常
      if (sink.shared) 
            throw new IllegalArgumentException();
      //若目标Segment从head位置到pos位置都不足以容纳byteCount个字节,抛异常
      if (sink.limit + byteCount - sink.pos > SIZE)
           throw new IllegalArgumentException();
      //将sink.data数组中从sink.pos位置开始的sink.limit - sink.pos个字节复制到sink.data数组,复制位置从0开始
      //也就是把整个 sink.data字节数组重复利用
      System.arraycopy(sink.data, sink.pos, sink.data, 0, sink.limit - sink.pos);
      //改变limit和pos的值
      sink.limit -= sink.pos;
      sink.pos = 0;
    }

    System.arraycopy(data, pos, sink.data, sink.limit, byteCount);
    sink.limit += byteCount;
    //pos表示的是this.pos,读完byteCount个数据之后,this的pos位置自然到了pos + byteCount
    pos += byteCount;
  }

compat() Segment的压缩操作

public void compact() {
   //Segment仅仅有一个Head()时调用抛异常
   if (prev == this) throw new IllegalStateException();
   //prev不可写
   if (!prev.owner) return; // Cannot compact: prev isn't writable.
   //计算占用空间大小
   int byteCount = limit - pos;
   //prev的剩余空间大小(SIZE-prev.limit表示limit到SIZE的剩余空间,
     prev.shared为true表示所用空间为共享空间,不能进行操作
     +prev.pos表示0-pos的剩余空间)
   int availableByteCount = SIZE - prev.limit + (prev.shared ? 0 : prev.pos);
   //若所用空间大于剩余空间,没有足够的空间进行压缩,直接返回
   if (byteCount > availableByteCount) return; // Cannot compact: not enough writable space.
   //否则调用writeTo(prev, byteCount)方法将当前Segment的数据写入到this.prev的data数组中,
   //然后调用pop销毁自身,进行回收
   writeTo(prev, byteCount);
   pop();
   SegmentPool.recycle(this);
 }

正如注释所言,compat()使用Segment的空间得到最大程度上的使用,及时进行内存释放优化,避免空间碎片化,利用SegmentPool对Segment进行回收利用,大大地提升了应用的性能。

总结

Segment是数据缓冲区Buffer的基本存储单位,以双向循环链表的形式存在再Buffer中。每一个Buffer自身又存在着一个byte[]数组用来存放数据。通过pop()操作取数据,push()操作添加数据,再通过compat()进行数据压缩,更进一步利用xxxpool思想对Segment进行回收利用,很大程度上进行了优化。

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