netty的对象的生命周期管理——引用计数

一、何谓引用计数

1.1 引用计数

引用计数是一种简单高效的垃圾回收机制，当一个新的引用指向对象的时候，增加引用计数；去掉一个引用，就减小一个引用计数；当引用计数减到0的时候，就释放掉这个引用计数。

1.2 引用计数的增减

   对于一个引用计数的对象，最核心的操作就是引用计数的增减。但是，在一个并发场景下，必须保证引用计数增减的原子性。最简单的实现方法如下：

private static class AtomicIntSync implements Atomic {        private int i = 0;        public AtomicIntSync(int i) {            this.i = i;        }        @Override        public synchronized int incrementAndGet() {            return ++i;        }    }

这种方法通过synchonized关键字，为自增操作加锁，而且java对这个关键字做了很多的优化，相对而言性能还是挺高的。

稍微复杂一点的方式是使用CAS（Compare and swap)的方式，CAS的语义是“我认为V的值应该为A，如果是，那么将V的值更新为B，否则不修改并告诉V的值实际为多少”，实现如下：

private static class AtomicIntCas implements Atomic {        private volatile int        i = 0;        private static final Unsafe unsafe;        private static long         off;        static {            Unsafe tmp = null;            try {                //获取unsafe                Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");                field.setAccessible(true);                tmp = (Unsafe) field.get(null);                //获取i字段在类中的偏移                off = tmp.fieldOffset(AtomicIntCas.class.getDeclaredField("i"));            } catch (Throwable e) {                e.printStackTrace();            }            unsafe = tmp;        }        public AtomicIntCas(int i) {            this.i = i;        }        @Override        public int incrementAndGet() {            for (;;) {                int m = i;                int add = m + 1;                if (unsafe.compareAndSwapInt(this, off, m, add)) {                    return add;                }            }        }    }

整个性能对比的程序如附件所示，运行后的性能对比曲线如下，（x轴为线程的数量，y轴为每一个线程运行的时间）：

由上图可知，CAS方式整体性能是好于使用synchronized的这种锁的方式的。

二、引用计数的应用

     引用计数的应用非常多，大名鼎鼎的Python语言其简单对象的垃圾回收机制就用的引用计数，netty的大量数据结构也使用的是引用计数。因为引用计数的垃圾回收实现简单，而且非常高效，特别是在分布式环境中，其性能真心杠杠的。

三、引用计数的局限

    引用计数很难解决的场景是：A引用B，B同时引用A，当A和B都不使用了，A和B的引用都会是1，导致这种场景下的引用计数无法变成0，导致A和B都不能被释放。

四、netty的引用计数的实现

    netty的引用计数的接口为io.netty.util.ReferenceCounted，netty很多重要的数据结构都是继承这个接口，比如ByteBuf，其核心实现参考：io.netty.util.AbstractReferenceCounted，其实现方式和上面的CAS的实现方法原理基本一致。

过程是：

1、通过Unsafe的方法，计算引用计数字段在AbstractReferenceCounted类中的偏移

2、通过Unsafe提供的CAS方法，将新的数据搬迁到引用计数字段所在的位置（AbstractReferenceCounted对象的地址+偏移）

3、如果CAS操作成功，就返回；否则计算新的引用计数，然后调用步骤2

五、netty的内存泄露检查

详见下一篇文章~

六、netty的引用计数的使用举例