ArrayPool 源码解读之如何池化 byte[]

一：背景

1. 讲故事

最近在分析一个 dump 的过程中发现其在 gen2 和 LOH 上有不少size较大的free，仔细看了下，这些free生前大多都是模板引擎生成的html片段的byte[]数组，当然这篇我不是来分析dump的，而是来聊一下，当托管堆有很多length较大的 byte[] 数组时，如何让内存利用更高效，如何让gc老先生压力更小。

不知道大家有没有发现在 .netcore 中增加了不少池化对象的东西，比如：ArrayPool，ObjectPool 等等，确实在某些场景下还是特别实用的，所以有必要对其进行较深入的理解。

二：ArrayPool 源码分析

1. 一图胜千言

在我花了将近一个小时的源码阅读之后，我画了一张 ArrayPool 的池化图，所谓：一图在手,天下我有 。

有了这张图，接下来再聊几个概念并配上相应源码，我觉得应该就差不多了。

2. 池化的架构分级是什么样的？

ArrayPool 是由若干个 Bucket 组成， 而 Bucket 又由若干个 buffer[] 数组组成, 有了这个概念之后，再配一下代码。

public abstract class ArrayPool<T>
{
    public static ArrayPool<T> Create()
    {
        return new ConfigurableArrayPool<T>();
    }
}

internal sealed class ConfigurableArrayPool<T> : ArrayPool<T>
{
    private sealed class Bucket
    {
        internal readonly int _bufferLength;
        private readonly T[][] _buffers;
        private int _index;
    }

    private readonly Bucket[] _buckets;     //bucket数组
}

3. 为什么每一个 bucket 里都有 50 个 buffer[]

这个问题很好回答，初始化时做了 maxArraysPerBucket=50 设定，当然你也可以自定义，具体参考如下代码：

internal sealed class ConfigurableArrayPool<T> : ArrayPool<T>
{
    internal ConfigurableArrayPool() : this(1048576, 50)
    {
    }

    internal ConfigurableArrayPool(int maxArrayLength, int maxArraysPerBucket)
    {
        int num = Utilities.SelectBucketIndex(maxArrayLength);
        Bucket[] array = new Bucket[num + 1];
        for (int i = 0; i < array.Length; i++)
        {
            array[i] = new Bucket(Utilities.GetMaxSizeForBucket(i), maxArraysPerBucket, id);
        }
        _buckets = array;
    }
}

4.  bucket 中 buffer[].length 为什么依次是 16，32，64 ...

框架做了默认假定，第一个bucket中的 buffer[].length=16, 后续 bucket 中的 buffer[].length 都是 x2 累计，涉及到代码就是 GetMaxSizeForBucket() 方法，参考如下：

internal ConfigurableArrayPool(int maxArrayLength, int maxArraysPerBucket)
{
    Bucket[] array = new Bucket[num + 1];
    for (int i = 0; i < array.Length; i++)
    {
        array[i] = new Bucket(Utilities.GetMaxSizeForBucket(i), maxArraysPerBucket, id);
    }
}

internal static int GetMaxSizeForBucket(int binIndex)
{
    return 16 << binIndex;
}

5. 初始化时 bucket 到底有多少个？

其实在上图中我也没有给出 bucket 到底有多少个，那到底是多少个呢？