Netty 作為一個(gè)高性能的網(wǎng)絡(luò)通訊框架，它內(nèi)置了很多恰奪天工的設(shè)計(jì)，目的都是為了將網(wǎng)絡(luò)通訊的性能做到極致，其中「對(duì)象池技術(shù)」也是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要技術(shù)。

1.什么是對(duì)象池技術(shù)？

對(duì)象池技術(shù)是一種重用對(duì)象以減少對(duì)象創(chuàng)建和銷(xiāo)毀帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)的方法。在對(duì)象池中，只有第一次訪問(wèn)時(shí)會(huì)創(chuàng)建對(duì)象，并將其維護(hù)在內(nèi)存中，當(dāng)再次需要使用對(duì)象時(shí)，會(huì)直接從對(duì)象池中獲取對(duì)象，并在使用完畢后歸還給對(duì)象池，而不是頻繁地創(chuàng)建和銷(xiāo)毀對(duì)象。

使用對(duì)象池技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)：

• 提高性能：復(fù)用對(duì)象可以減少對(duì)象的創(chuàng)建和銷(xiāo)毀次數(shù)，降低系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，提高系統(tǒng)性能和吞吐量。
• 減少內(nèi)存碎片：對(duì)象池可以避免頻繁地創(chuàng)建和銷(xiāo)毀對(duì)象，減少內(nèi)存碎片的產(chǎn)生，提高內(nèi)存利用率。
• 避免頻繁GC：減少了對(duì)象的創(chuàng)建和銷(xiāo)毀，可以減少垃圾回收（GC）的頻率，降低系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.對(duì)象池基本使用

Netty 對(duì)象池技術(shù)的核心實(shí)現(xiàn)類(lèi)為 Recycler，Recycler 主要提供了以下 3 個(gè)方法：

• get()：獲取一個(gè)可重復(fù)使用的對(duì)象，如果對(duì)象池中有空閑對(duì)象，則返回其中一個(gè)；否則會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象。
• recycle(T, Handle)：回收一個(gè)對(duì)象，將對(duì)象放回對(duì)象池中以便下次復(fù)用。
• newObject(Handle)：當(dāng)對(duì)象池中沒(méi)有可用對(duì)象時(shí)，此方法會(huì)被調(diào)用以創(chuàng)建新的對(duì)象實(shí)例。

接下來(lái)我們寫(xiě)一個(gè) Recycler 對(duì)象池的使用 Demo，假設(shè)我們有一個(gè) User 類(lèi)，需要實(shí)現(xiàn) User 對(duì)象的復(fù)用，具體實(shí)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(duì)象池獲取 User 對(duì)象
        user1.setName("zhangsan");    // 2.設(shè)置 User 對(duì)象的屬性
        user1.recycle();      // 3.回收對(duì)象到對(duì)象池
        User user2 = userRecycler.get();  // 4.從對(duì)象池獲取對(duì)象
        System.out.println(user1 == user2);
        System.out.println(user2.getName());
    }
}

以上程序的執(zhí)行結(jié)果如下：

true

zhangsan

從上述結(jié)果可以看出，當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用 userRecycler.get() 時(shí)，因?yàn)閷?duì)象池中尚未存在 user 對(duì)象，所以創(chuàng)建了 name 為“zhangsan”的對(duì)象。但第二次再調(diào)用 userRecycler.get() 時(shí)，因?yàn)閷?duì)象池中已經(jīng)存在了 user 對(duì)象，所以直接從對(duì)象池中取出了 user 對(duì)象，所以 user1==user2 時(shí)，得到的結(jié)果是 true。

3.對(duì)象池技術(shù)應(yīng)用

在 Netty 中，使用 Recycler 對(duì)象池管理對(duì)象的常見(jiàn)類(lèi)有以下幾個(gè)：

• PooledHeapByteBuf：管理堆內(nèi)存中的 ByteBuf 對(duì)象。
• PooledDirectByteBuf：管理堆外內(nèi)存中的 ByteBuf 對(duì)象。
• ChannelOutboundBuffer.Entry：Netty 出站緩沖區(qū)（ChannelOutboundBuffer）中，每一個(gè)待發(fā)送的消息都包裝在一個(gè) Entry 對(duì)象中。

4.實(shí)現(xiàn)原理

要搞清楚 Netty 對(duì)象池技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理，就要搞清楚 Netty 對(duì)象池的核心組件，以及組件之間的關(guān)系。

Netty 對(duì)象池技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依靠以下 4 大組件：

• Stack（棧）：每個(gè)線程都關(guān)聯(lián)一個(gè) Stack（使用 FastThreadLocal 進(jìn)行存儲(chǔ)），用于存儲(chǔ)和管理該線程回收的對(duì)象。Stack 中存儲(chǔ)的是 DefaultHandle 對(duì)象，這些 DefaultHandle 對(duì)象包裝了實(shí)際要重用的對(duì)象。Stack 是與線程綁定的，每個(gè)線程從自己的 Stack 中獲取對(duì)象。
• WeakOrderQueue（弱序隊(duì)列）：當(dāng)某個(gè)線程（非主線程）回收對(duì)象時(shí)，這些對(duì)象不會(huì)直接放入主線程的 Stack 中，而是放入 WeakOrderQueue 中。WeakOrderQueue 存儲(chǔ)的是從其他線程回收的對(duì)象，這些對(duì)象被包裝在 DefaultHandle 中。WeakOrderQueue 與 Stack 關(guān)聯(lián)，但屬于非主線程。當(dāng)主線程的 Stack 為空時(shí)，會(huì)嘗試從 WeakOrderQueue 中獲取對(duì)象。
• Link（鏈表）：WeakOrderQueue 中的存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)回收的對(duì)象。Link 中存儲(chǔ)的是 DefaultHandle 對(duì)象數(shù)組，這些數(shù)組包含從其他線程回收的對(duì)象。
• DefaultHandle：對(duì)象的包裝類(lèi)，在 Recycler 中緩存的對(duì)象都會(huì)包裝成 DefaultHandle 類(lèi)。DefaultHandle 中存儲(chǔ)了實(shí)際要重用的對(duì)象，以及與之相關(guān)的元數(shù)據(jù)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這 4 個(gè)組件的關(guān)系是，（每個(gè)）線程為了保證線程安全和高效性操作，所以會(huì)把使用的對(duì)象放到 Stack 棧中，且每個(gè)線程都有自己的 Stack 棧。當(dāng)線程中的對(duì)象不再被使用時(shí)（也就是被回收時(shí)），并不會(huì)將回收對(duì)象直接放到 Stack 中（因?yàn)楫?dāng)前線程已經(jīng)不再使用了），此時(shí)會(huì)將對(duì)象存放到 WeakOrderQueue 隊(duì)列中，因?yàn)?WeakOrderQueue 隊(duì)列相當(dāng)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(duì)象進(jìn)行重用了。而 WeakOrderQueue 中的存儲(chǔ)單元是 Link 鏈表，它存儲(chǔ)的是對(duì)象池中的包裝對(duì)象 DefaultHandle，這就是這四大核心組件之間的關(guān)系。

5.線程如何獲取對(duì)象？

在 Netty 中，獲取對(duì)象池中對(duì)象的流程如下：

• 判斷 Stack：線程首先會(huì)嘗試從自己的 Stack 中獲取對(duì)象。如果 Stack 中有對(duì)象，則直接彈出（pop）并返回。
• Stack 為空：如果 Stack 為空，線程會(huì)檢查 WeakOrderQueue。如果 WeakOrderQueue 中有對(duì)象，則按照一定的規(guī)則（如“1/7規(guī)則”，每 7 個(gè)移動(dòng) 1 個(gè)）將部分對(duì)象轉(zhuǎn)移到 Stack 中，然后從 Stack 中彈出并返回。
• 創(chuàng)建新對(duì)象：如果 Stack 和 WeakOrderQueue 都為空，線程會(huì)調(diào)用 newObject() 方法創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象，并包裝成 DefaultHandle 后放入 Stack 中，然后返回該對(duì)象。

通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，Netty 的 Recycler 對(duì)象池技術(shù)能夠高效地重用對(duì)象，減少內(nèi)存分配和垃圾收集的開(kāi)銷(xiāo)，提升性能。