由于在Java中创建一个实例的消耗不小，很多框架为了提高性能都使用对象池，Netty也不例外。
本文主要分析Netty对象池Recycler的实现原理。
源码分析基于Netty 4.1.52
缓存对象管理
Recycler的内部类Stack负责管理缓存对象。
Stack关键字段
// Stack所属主线程，注意这里使用了WeakReference
WeakReference<Thread> threadRef;
// 主线程回收的对象
DefaultHandle<?>[] elements;
// elements最大长度
int maxCapacity;
// elements索引
int size;
// 非主线程回收的对象
volatile WeakOrderQueue head;
Recycler将一个Stack划分给某个主线程，主线程直接从Stack#elements中存取对象，而非主线程回收对象则存入WeakOrderQueue中。
threadRef字段使用了WeakReference，当主线程消亡后，该字段指向对象就可以被垃圾回收。
DefaultHandle，对象的包装类，在Recycler中缓存的对象都会包装成DefaultHandle类。
head指向的WeakOrderQueue，用于存放其他线程的对象
WeakOrderQueue主要属性
// Head#link指向Link链表首对象
Head head;
// 指向Link链表尾对象
Link tail;
// 指向WeakOrderQueue链表下一对象
WeakOrderQueue next;
// 所属线程
WeakReference<Thread> owner;
Link中也有一个DefaultHandle<?>[] elements字段，负责存储数据。
注意，Link继承了AtomicInteger，AtomicInteger的值存储elements的最新索引。
WeakOrderQueue也是属于某个线程，并且WeakOrderQueue继承了WeakReference<Thread>，当所属线程消亡时，对应WeakOrderQueue也可以被垃圾回收。
注意：每个WeakOrderQueue都只属于一个Stack，并且只属于一个非主线程。
thread2要存放对象到Stack1中，只能存放在WeakOrderQueue1
thread1要存放对象到Stack2中，只能存放在WeakOrderQueue3
回收对象
DefaultHandle#recycle -> Stack#push
void push(DefaultHandle<?> item) {
Thread currentThread = Thread.currentThread();
if (threadRef.get() == currentThread) {
// #1
pushNow(item);
} else {
// #2
pushLater(item, currentThread);
}
}
#1 当前线程是主线程，直接将对象加入到Stack#elements中。#2 当前线程非主线程，需要将对象放到对应的WeakOrderQueue中
private void pushLater(DefaultHandle<?> item, Thread thread) {
...
// #1
Map<Stack<?>, WeakOrderQueue> delayedRecycled = DELAYED_RECYCLED.get();
WeakOrderQueue queue = delayedRecycled.get(this);
if (queue == null) {
// #2
if (delayedRecycled.size() >= maxDelayedQueues) {
delayedRecycled.put(this, WeakOrderQueue.DUMMY);
return;
}
// #3
if ((queue = newWeakOrderQueue(thread)) == null) {
return;
}
delayedRecycled.put(this, queue);
} else if (queue == WeakOrderQueue.DUMMY) {
// #4
return;
}
// #5
queue.add(item);
}
#1 DELAYED_RECYCLED是一个FastThreadLocal，可以理解为Netty中的ThreadLocal优化类。它为每个线程维护了一个Map，存储每个Stack和对应WeakOrderQueue。
所有这里获取的delayedRecycled变量是仅用于当前线程的。
而delayedRecycled.get获取的WeakOrderQueue，是以Thread + Stack作为维度区分的，只能是一个线程操作。#2 当前WeakOrderQueue数量超出限制，添加WeakOrderQueue.DUMMY作为标记#3 构造一个WeakOrderQueue，加入到Stack#head指向的WeakOrderQueue链表中，并放入DELAYED_RECYCLED。这时是需要一下同步操作的。#4 遇到WeakOrderQueue.DUMMY标记对象，直接抛弃对象#5 将缓存对象添加到WeakOrderQueue中。
WeakOrderQueue#add
void add(DefaultHandle<?> handle) {
handle.lastRecycledId = id;
// #1
if (handleRecycleCount < interval) {
handleRecycleCount++;
return;
}
handleRecycleCount = 0;
Link tail = this.tail;
int writeIndex;
// #2
if ((writeIndex = tail.get()) == LINK_CAPACITY) {
Link link = head.newLink();
if (link == null) {
return;
}
this.tail = tail = tail.next = link;
writeIndex = tail.get();
}
// #3
tail.elements[writeIndex] = handle;
handle.stack = null;
// #4
tail.lazySet(writeIndex + 1);
}
#1 控制回收频率，避免WeakOrderQueue增长过快。
每8个对象都会抛弃7个，回收一个#2 当前Link#elements已全部使用，创建一个新的Link#3 存入缓存对象#4 延迟设置Link#elements的最新索引（Link继承了AtomicInteger），这样在该stack主线程通过该索引获取elements缓存对象时，保证elements中元素已经可见。
获取对象
Recycler#threadLocal中存放了每个线程对应的Stack。
Recycler#get中首先获取属于当前线程的Stack，再从该Stack中获取对象，也就是，每个线程只能从自己的Stack中获取对象。
Recycler#get -> Stack#pop
DefaultHandle<T> pop() {
int size = this.size;
if (size == 0) {
// #1
if (!scavenge()) {
return null;
}
size = this.size;
if (size <= 0) {
return null;
}
}
// #2
size --;
DefaultHandle ret = elements[size];
elements[size] = null;
this.size = size;
...
return ret;
}
#1 elements没有可用对象时，将WeakOrderQueue中的对象迁移到elements#2 从elements中取出一个缓存对象
scavenge -> scavengeSome -> WeakOrderQueue#transfer
boolean transfer(Stack<?> dst) {
Link head = this.head.link;
if (head == null) {
return false;
}
// #1
if (head.readIndex == LINK_CAPACITY) {
if (head.next == null) {
return false;
}
head = head.next;
this.head.relink(head);
}
// #2
final int srcStart = head.readIndex;
int srcEnd = head.get();
final int srcSize = srcEnd - srcStart;
if (srcSize == 0) {
return false;
}
// #3
final int dstSize = dst.size;
final int expectedCapacity = dstSize + srcSize;
if (expectedCapacity > dst.elements.length) {
final int actualCapacity = dst.increaseCapacity(expectedCapacity);
srcEnd = min(srcStart + actualCapacity - dstSize, srcEnd);
}
if (srcStart != srcEnd) {
final DefaultHandle[] srcElems = head.elements;
final DefaultHandle[] dstElems = dst.elements;
int newDstSize = dstSize;
// #4
for (int i = srcStart; i < srcEnd; i++) {
DefaultHandle<?> element = srcElems[i];
...
srcElems[i] = null;
// #5
if (dst.dropHandle(element)) {
continue;
}
element.stack = dst;
dstElems[newDstSize ++] = element;
}
// #6
if (srcEnd == LINK_CAPACITY && head.next != null) {
this.head.relink(head.next);
}
head.readIndex = srcEnd;
// #7
if (dst.size == newDstSize) {
return false;
}
dst.size = newDstSize;
return true;
} else {
// The destination stack is full already.
return false;
}
}
就是把WeakOrderQueue中的对象迁移到Stack中。#1 head.readIndex 标志现在已迁移对象下标head.readIndex == LINK_CAPACITY，表示当前Link已全部移动，查找下一个Link#2 计算待迁移对象数量
注意，Link继承了AtomicInteger#3 计算Stack#elements数组长度，不够则扩容#4 遍历待迁移的对象#5 控制回收频率#6 当前Link对象已全部移动，修改WeakOrderQueue#head的link属性，指向下一Link，这样前面的Link就可以被垃圾回收了。#7 dst.size == newDstSize 表示并没有对象移动，返回false
否则更新dst.size
其实对象池的实现难点在于线程安全。
Recycler中将主线程和非主线程回收对象划分到不同的存储空间中（stack#elements和WeakOrderQueue.Link#elements），并且对于WeakOrderQueue.Link#elements，存取操作划分到两端进行（非主线程从尾端存入，主线程从首部开始读取），
从而减少同步操作，并保证线程安全。
另外，Netty还提供了更高级别的对象池类ObjectPool，使用方法可以参考PooledDirectByteBuf#RECYCLER，这里不再赘述。
如果您觉得本文不错，欢迎关注我的微信公众号，系列文章持续更新中。您的关注是我坚持的动力！