面試官：說說Netty對象池的實現(xiàn)原理？
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2024-06-04 09:00
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Netty 作為一個高性能的網(wǎng)絡通訊框架，它內置了很多恰奪天工的設計，目的都是為了將網(wǎng)絡通訊的性能做到極致，其中「對象池技術」也是實現(xiàn)這一目標的重要技術。
1.什么是對象池技術？
對象池技術是一種重用對象以減少對象創(chuàng)建和銷毀帶來的開銷的方法。在對象池中，只有第一次訪問時會創(chuàng)建對象，并將其維護在內存中，當再次需要使用對象時，會直接從對象池中獲取對象，并在使用完畢后歸還給對象池，而不是頻繁地創(chuàng)建和銷毀對象。
使用對象池技術的優(yōu)點有以下幾個：
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提高性能：復用對象可以減少對象的創(chuàng)建和銷毀次數(shù)，降低系統(tǒng)開銷，提高系統(tǒng)性能和吞吐量。 -
減少內存碎片：對象池可以避免頻繁地創(chuàng)建和銷毀對象，減少內存碎片的產生，提高內存利用率。 -
避免頻繁GC：減少了對象的創(chuàng)建和銷毀，可以減少垃圾回收（GC）的頻率，降低系統(tǒng)的負擔，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2.對象池基本使用
Netty 對象池技術的核心實現(xiàn)類為 Recycler，Recycler 主要提供了以下 3 個方法：
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get()：獲取一個可重復使用的對象，如果對象池中有空閑對象，則返回其中一個；否則會創(chuàng)建一個新對象。 -
recycle(T, Handle)：回收一個對象，將對象放回對象池中以便下次復用。 -
newObject(Handle)：當對象池中沒有可用對象時，此方法會被調用以創(chuàng)建新的對象實例。
接下來我們寫一個 Recycler 對象池的使用 Demo，假設我們有一個 User 類，需要實現(xiàn) User 對象的復用，具體實現(xiàn)代碼如下：
public class UserRecyclerDemo {
private static final Recycler<User> userRecycler = new Recycler<User>() {
@Override
protected User newObject(Handle<User> handle) {
return new User(handle);
}
};
static final class User {
private String name;
private Recycler.Handle<User> handle;
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
public User(Recycler.Handle<User> handle) {
this.handle = handle;
}
public void recycle() {
handle.recycle(this);
}
}
public static void main(String[] args) {
User user1 = userRecycler.get(); // 1.從對象池獲取 User 對象
user1.setName("zhangsan"); // 2.設置 User 對象的屬性
user1.recycle(); // 3.回收對象到對象池
User user2 = userRecycler.get(); // 4.從對象池獲取對象
System.out.println(user1 == user2);
System.out.println(user2.getName());
}
}
以上程序的執(zhí)行結果如下：
true
zhangsan
從上述結果可以看出，當?shù)谝淮握{用 userRecycler.get() 時，因為對象池中尚未存在 user 對象，所以創(chuàng)建了 name 為“zhangsan”的對象。但第二次再調用 userRecycler.get() 時，因為對象池中已經(jīng)存在了 user 對象，所以直接從對象池中取出了 user 對象，所以 user1==user2 時，得到的結果是 true。
3.對象池技術應用
在 Netty 中，使用 Recycler 對象池管理對象的常見類有以下幾個：
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PooledHeapByteBuf：管理堆內存中的 ByteBuf 對象。 -
PooledDirectByteBuf：管理堆外內存中的 ByteBuf 對象。 -
ChannelOutboundBuffer.Entry：Netty 出站緩沖區(qū)（ChannelOutboundBuffer）中，每一個待發(fā)送的消息都包裝在一個 Entry 對象中。
4.實現(xiàn)原理
要搞清楚 Netty 對象池技術的實現(xiàn)原理，就要搞清楚 Netty 對象池的核心組件，以及組件之間的關系。
Netty 對象池技術的實現(xiàn)依靠以下 4 大組件：
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Stack（棧）：每個線程都關聯(lián)一個 Stack（使用 FastThreadLocal 進行存儲），用于存儲和管理該線程回收的對象。Stack 中存儲的是 DefaultHandle 對象，這些 DefaultHandle 對象包裝了實際要重用的對象。Stack 是與線程綁定的，每個線程從自己的 Stack 中獲取對象。 -
WeakOrderQueue（弱序隊列）：當某個線程（非主線程）回收對象時，這些對象不會直接放入主線程的 Stack 中，而是放入 WeakOrderQueue 中。WeakOrderQueue 存儲的是從其他線程回收的對象，這些對象被包裝在 DefaultHandle 中。WeakOrderQueue 與 Stack 關聯(lián)，但屬于非主線程。當主線程的 Stack 為空時，會嘗試從 WeakOrderQueue 中獲取對象。 -
Link（鏈表）：WeakOrderQueue 中的存儲單元，用于存儲回收的對象。Link 中存儲的是 DefaultHandle 對象數(shù)組，這些數(shù)組包含從其他線程回收的對象。 -
DefaultHandle：對象的包裝類，在 Recycler 中緩存的對象都會包裝成 DefaultHandle 類。DefaultHandle 中存儲了實際要重用的對象，以及與之相關的元數(shù)據(jù)。
簡單來說，這 4 個組件的關系是，（每個）線程為了保證線程安全和高效性操作，所以會把使用的對象放到 Stack 棧中，且每個線程都有自己的 Stack 棧。當線程中的對象不再被使用時（也就是被回收時），并不會將回收對象直接放到 Stack 中（因為當前線程已經(jīng)不再使用了），此時會將對象存放到 WeakOrderQueue 隊列中，因為 WeakOrderQueue 隊列相當于“線程共享的區(qū)域”，這樣其他線程就可以方便的從 WeakOrderQueue 中獲取對象進行重用了。而 WeakOrderQueue 中的存儲單元是 Link 鏈表，它存儲的是對象池中的包裝對象 DefaultHandle，這就是這四大核心組件之間的關系。
5.線程如何獲取對象？
在 Netty 中，獲取對象池中對象的流程如下：
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判斷 Stack：線程首先會嘗試從自己的 Stack 中獲取對象。如果 Stack 中有對象，則直接彈出（pop）并返回。 -
Stack 為空：如果 Stack 為空，線程會檢查 WeakOrderQueue。如果 WeakOrderQueue 中有對象，則按照一定的規(guī)則（如“1/7規(guī)則”，每 7 個移動 1 個）將部分對象轉移到 Stack 中，然后從 Stack 中彈出并返回。 -
創(chuàng)建新對象：如果 Stack 和 WeakOrderQueue 都為空，線程會調用 newObject() 方法創(chuàng)建一個新的對象，并包裝成 DefaultHandle 后放入 Stack 中，然后返回該對象。
通過這樣的設計，Netty 的 Recycler 對象池技術能夠高效地重用對象，減少內存分配和垃圾收集的開銷，提升性能。
課后思考
Netty 是如何利用池化技術管理內存的？講講它的具體實現(xiàn)？
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