深入淺出Netty內存管理 PoolChunk
接下去準備幾個篇幅對Netty的內存管理進行深入分析。
PoolChunk
為了能夠簡單的操作內存，必須保證每次分配到的內存時連續的。Netty中底層的內存分配和回收管理主要由PoolChunk實現，其內部維護一棵平衡二叉樹memoryMap，所有子節點管理的內存也屬於其父節點。
poolChunk默認由2048個page組成，一個page默認大小為8k，圖中節點的值為在數組memoryMap的下標。
1、如果需要分配大小8k的內存，則只需要在第11層，找到第一個可用節點即可。
2、如果需要分配大小16k的內存，則只需要在第10層，找到第一個可用節點即可。
3、如果節點1024存在一個已經被分配的子節點2048，則該節點不能被分配，如需要分配大小16k的內存，這個時候節點2048已被分配，節點2049未被分配，就不能直接分配節點1024，因為該節點目前只剩下8k內存。
poolChunk內部會保證每次分配內存大小為8K*(2n)，為了分配一個大小為chunkSize/(2k)的節點，需要在深度為k的層從左開始匹配節點，那麽如何快速的分配到指定內存？
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數組中每個位置保存的是該節點所在的層數，有什麽作用？對於節點512，其層數是9，則：
1、如果memoryMap[512] = 9，則表示其本身到下面所有的子節點都可以被分配；
2、如果memoryMap[512] = 10， 則表示節點512下有子節點已經分配過，則該節點不能直接被分配，而其子節點中的第10層還存在未分配的節點;
3、如果memoryMap[512] = 12 (即總層數 + 1）, 可分配的深度已經大於總層數, 則表示該節點下的所有子節點都已經被分配。
下面看看如何向PoolChunk申請一段內存：
long allocate(int normCapacity) {
if ((normCapacity & subpageOverflowMask) != 0) { // >= pageSize
return allocateRun(normCapacity);
} else {
return allocateSubpage(normCapacity);
}
}1、當需要分配的內存大於pageSize時，使用allocateRun實現內存分配。
2、否則使用方法allocateSubpage分配內存，在allocateSubpage實現中，會把一個page分割成多段，進行內存分配。
這裏先看看allocateRun是如何實現的：
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的內存，實際申請的內存大小為1024。
2、d = maxOrder - (log2(normCapacity) - pageShifts) 可以確定需要在二叉樹的d層開始節點匹配。
其中pageShifts默認值為13，為何是13？因為只有當申請內存大小大於2^13（8192）時才會使用方法allocateRun分配內存。
3、方法allocateNode實現在二叉樹中進行節點匹配，具體實現如下：
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、從根節點開始遍歷，如果當前節點的val<d，則通過id <<=1匹配下一層；
2、如果val > d，則表示存在子節點被分配的情況，而且剩余節點的內存大小不夠，此時需要在兄弟節點上繼續查找；
3、分配成功的節點需要標記為不可用，防止被再次分配，在memoryMap對應位置更新為12；
4、分配節點完成後，其父節點的狀態也需要更新，並可能引起更上一層父節點的更新，實現如下：
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;
}
}比如節點2048被分配出去，更新過程如下：
到目前為止，基於poolChunk的節點分配已經完成。
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