netty源码阅读之ByteBuf之缓存数据结构-蒲公英云

netty分配内存的时候，有缓存和内存。我们下面两节先分析缓存的，分析缓存就要知道缓存数据结构。在这篇文章这里，我们已经知道这里有个MemoryRegionCache，一看就是缓存，那么这个MemoryRegionCache缓存的数据结构是怎么样子的呢？

一、缓存的数据结构：

我们首先看MemoryRegionCache的定义：

private abstract static class MemoryRegionCache<T> {
        private final int size;
        private final Queue<Entry<T>> queue;
        private final SizeClass sizeClass;
        private int allocations;
        MemoryRegionCache(int size, SizeClass sizeClass) {
            this.size = MathUtil.safeFindNextPositivePowerOfTwo(size);
            queue = PlatformDependent.newFixedMpscQueue(this.size);
            this.sizeClass = sizeClass;
        }
        ...
}

有个size，这里代表的是这个MemoryRegionCache的大小，queue是维护的队列，sizeClass是规格。这么说不明白。下面解释：

1、queue

里面有handler和chunk，chunk就是内存，handler是指向内存的指针（指向唯一一块连续的内存），通过chunk和handler就可以找到唯一一块内存。

2、sizeClass

大小有tiny(0~512B)、small(512B~8K)、normal(8K~16M)，由于16M以上的数据不加入缓存，所以没有16M以上的大小；

3、size

如果是tiny的，有32个，每个的size是16B的倍数，也就是，tiny大小的MemoryRegionCache组合成一个长度为32的数组，分别有：0,16B,32B,48B,72B…496B。不包括512B。个数就是496/16+1=32.

如果是small的，有4个，每个的size分别为512B,1K,2K,4K，也就是，small大小的MemoryRegionCache组合成一个长度为4的数组。

如果是normal的，有3个，每个的size分别为8K,16K,32K，也就是normal大小的MemoryRegionCache组合成一个长度为3的数组。

所以有32+4+3=39种内存规格的MemoryRegionCache。

大概这样，不明白的让我们继续从源码里面去看。

MemoryRegionCache属于缓存，属于每个线程私有的缓存，属于每个线程都会维护的对象，所以我们在PoolThreadCache里面查看：

final class PoolThreadCache {
    private static final InternalLogger logger = InternalLoggerFactory.getInstance(PoolThreadCache.class);
    final PoolArena<byte[]> heapArena;
    final PoolArena<ByteBuffer> directArena;
    // Hold the caches for the different size classes, which are tiny, small and normal.
    private final MemoryRegionCache<byte[]>[] tinySubPageHeapCaches;
    private final MemoryRegionCache<byte[]>[] smallSubPageHeapCaches;
    private final MemoryRegionCache<ByteBuffer>[] tinySubPageDirectCaches;
    private final MemoryRegionCache<ByteBuffer>[] smallSubPageDirectCaches;
    private final MemoryRegionCache<byte[]>[] normalHeapCaches;
    private final MemoryRegionCache<ByteBuffer>[] normalDirectCaches;
    ...
}

我们可以看到PoolThreadCache里面有6种规格的缓存。因为我们本来有tiny、small、normal3种规格的缓存，这3种里面又有direct和heap，所以一共有6种，并且他们都是数组。我们首先看tinySubPageDirectCaches把，其他的一样分析，找到它的赋值的地方：

PoolThreadCache(PoolArena<byte[]> heapArena, PoolArena<ByteBuffer> directArena,
                    int tinyCacheSize, int smallCacheSize, int normalCacheSize,
                    int maxCachedBufferCapacity, int freeSweepAllocationThreshold)
            ...
        if (directArena != null) {
            tinySubPageDirectCaches = createSubPageCaches(
                    tinyCacheSize, PoolArena.numTinySubpagePools, SizeClass.Tiny);
            ...
    }

这是在PoolThreadCache初始化的时候，创建这个缓存。

我们一步步追踪每一个参数，首先是tinyCacheSize：

由PoolThreadCache来的，我们知道是在PoolThreadLocalCache的initialValue方法创建这个PoolThreadCache的，这篇文章可以知道。

final class PoolThreadLocalCache extends FastThreadLocal<PoolThreadCache> {
        @Override
        protected synchronized PoolThreadCache initialValue() {
            final PoolArena<byte[]> heapArena = leastUsedArena(heapArenas);
            final PoolArena<ByteBuffer> directArena = leastUsedArena(directArenas);
            return new PoolThreadCache(
                    heapArena, directArena, tinyCacheSize, smallCacheSize, normalCacheSize,
                    DEFAULT_MAX_CACHED_BUFFER_CAPACITY, DEFAULT_CACHE_TRIM_INTERVAL);
        }
        ...
}

而PoolThreadLocalCache的tinyCacheSize又是从PooledByteBufAllocator的成员变量来的，这个成员变量是在这个构造方法里面赋值的：

public PooledByteBufAllocator(boolean preferDirect, int nHeapArena, int nDirectArena, int pageSize, int maxOrder,
                                  int tinyCacheSize, int smallCacheSize, int normalCacheSize) {
        super(preferDirect);
        threadCache = new PoolThreadLocalCache();
        this.tinyCacheSize = tinyCacheSize;
        this.smallCacheSize = smallCacheSize;
        this.normalCacheSize = normalCacheSize;
        ...
}

而这个构造方法从这里来：

public PooledByteBufAllocator(boolean preferDirect, int nHeapArena, int nDirectArena, int pageSize, int maxOrder) {
        this(preferDirect, nHeapArena, nDirectArena, pageSize, maxOrder,
                DEFAULT_TINY_CACHE_SIZE, DEFAULT_SMALL_CACHE_SIZE, DEFAULT_NORMAL_CACHE_SIZE);
    }

就是这个DEFAULT_TINY_CACHE_SIZE，看看它的赋值：

// cache sizes
        DEFAULT_TINY_CACHE_SIZE = SystemPropertyUtil.getInt("io.netty.allocator.tinyCacheSize", 512);
        DEFAULT_SMALL_CACHE_SIZE = SystemPropertyUtil.getInt("io.netty.allocator.smallCacheSize", 256);
        DEFAULT_NORMAL_CACHE_SIZE = SystemPropertyUtil.getInt("io.netty.allocator.normalCacheSize", 64);

tiny默认的是512的大小，small的默认是256的大小，normal默认是64的大小。

然后再看PoolArena.numTinySubpagePools：

static final int numTinySubpagePools = 512 >>> 4;

也就是512/16=32，也就是tiny的默认是32个。

然后看SizeClass.Tiny：

enum SizeClass {
        Tiny,
        Small,
        Normal
    }

有三种规格，我们前面也介绍过。

进入那个createSubPageCaches：

private static <T> MemoryRegionCache<T>[] createSubPageCaches(
            int cacheSize, int numCaches, SizeClass sizeClass) {
        if (cacheSize > 0) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            MemoryRegionCache<T>[] cache = new MemoryRegionCache[numCaches];
            for (int i = 0; i < cache.length; i++) {
                // TODO: maybe use cacheSize / cache.length
                cache[i] = new SubPageMemoryRegionCache<T>(cacheSize, sizeClass);
            }
            return cache;
        } else {
            return null;
        }
    }

现在cachesize是512，numCaches是32，sizeClass是tiny。

所以创建一个32长度的MemoryRegionCache，SubPageMemoryRegionCache继承自MemoryRegionCache。看看SubPageMemoryRegionCache的创建过程：

SubPageMemoryRegionCache(int size, SizeClass sizeClass) {
            super(size, sizeClass);
        }

调用父类构造方法：

MemoryRegionCache(int size, SizeClass sizeClass) {
            this.size = MathUtil.safeFindNextPositivePowerOfTwo(size);
            queue = PlatformDependent.newFixedMpscQueue(this.size);
            this.sizeClass = sizeClass;
        }