ProtoBuf - Arena

1、概述

　　最近看 Protocal Buffer 的源码，初次见到这个库源自陈硕的 muduo ，便打算看一看，在此做一下记录。官网文档不能访问，只能凭借代码的自己理解，查看的源码版本为 3.6.0。

　　初识 Arena 时，发现是个 allocator。Arena 每次分配一大块内存，使用时在已经分配的内存块上获取，用来代替 new/delete 的堆上分配。通过一次申请大块内存，并且一次性释放，同时可取消调用对象的析构函数来提升效率。

　　Arena 线程安全：多个线程可并发在Arena分配空间。但销毁时非线程安全，销毁线程必须和Arena 的使用者同步。

2、特点

Arena 分配器使用 CreateMessage<T> 接口创建消息：

　　-类型 T 必须（至少）有两个构造函数：1 不含参数的构造函数，当在堆上分配时使用； 2 含 google::protobuf::Arena* 参数的构造函数，在Arena上分配时使用。当第二种情况传入空指针时，与第一种情况相同。

　　-类型 T 必须有特殊的特点：定义类型 |InternalArenaConstructable_|。一般被定义为 typedef void 类型。如果没有会在编译时报错。实现在 InternalHelper 模板类中，具体代码如下。

 template <typename U>
     static char ArenaConstructable(const typename U::InternalArenaConstructable_*);
     template <typename U>
     static double ArenaConstructable(...);

     typedef std::integral_constant<bool, sizeof(ArenaConstructable<T>(
                                              static_cast<const T*>())) ==
                                              sizeof(char)>
         is_arena_constructable;

　　-类型T还 *可以* 有特征：| DestructorSkippable_|。如果该类型被定义，在传入非空 Arena指针时，对象的析构函数不会被调用。如果没有该特征，则在Arena销毁时，对象的析构函数一定会被调用。实现方法与上面类似。

 template <typename U>
     static char DestructorSkippable(const typename U::DestructorSkippable_*);
     template <typename U>
     static double DestructorSkippable(...);

     typedef std::integral_constant<
         bool, sizeof(DestructorSkippable<T>(static_cast<const T*>())) ==
                       sizeof(char) ||
                   std::is_trivially_destructible<T>::value>
         is_destructor_skippable;

在 proto 文件中， 设置 option cc_enable_arenas = true; 则使用 Arena 分配器。此时在使用 protoc 编译器生成 pb.h 的代码中会有 InternalArenaConstructable_ 和 DestructorSkippable_的定义，如

 typedef void InternalArenaConstructable_;
 typedef void DestructorSkippable_;

3、实现

　　 Arena 的实现在 arena.h arena.cc arena_impl.h 中，同时还有专门的字符串域的实现在 arenastring.h 中。其中arena_impl 中是实现存储分配的核心代码，是arena中一个对象。

　　Arena 的内存结构如下图所示，图使用 Dia 绘制。每个线程都会分配一个Block，在Block上分配一个 SerialArena。Block是个链表结构，在空间分配时，如果该Block空间不够用，则新建一个Block，新Block的大小是旧Block的二倍，同时新Block的next指向旧 Block。一个线程在获取 Arena 时，如果该线程还没分配 Block，则申请一个Block，在该Block上分配 SerialArena，该SerialArena 的 next 指向上个线程的 SerialArena。

　　在 ArenaImpl 销毁时，首先进行 Cleanup，然后释放所有空间。Cleanup是根据添加的 Cleanup 表，顺序调用各个对象的 cleanup 函数，Cleanup 列表如下图所示。释放空间时会循环销毁每个 SerialArena 的所有 Block。

　　暂时先写到这里吧。