levelDB源码分析-Arena

       Arena在leveldb中它是一个内存池，它所作的工作十分简单，申请内存时，将申请到的内存块放入std::vector blocks_中，在Arena的生命周期结束后，统一释放掉所有申请到的内存，内部结构如下图所示。

       Arena定义为：

    class Arena {
        public:
        Arena();       	// 构造函数
        ~Arena();		// 析构函数

        // Return a pointer to a newly allocated memory block of "bytes" bytes.
        char* Allocate(size_t bytes);				// 分配bytes大小的内存空间，返回分配的内存的指针

        // Allocate memory with the normal alignment guarantees provided by malloc
        char* AllocateAligned(size_t bytes);

        // Returns an estimate of the total memory usage of data allocated
        // by the arena (including space allocated but not yet used for user
        // allocations).
        size_t MemoryUsage() const {				// 返回已使用的内存容量（分配的内存容量+vector指针内存）
            return blocks_memory_ + blocks_.capacity() * sizeof(char*);
        }

        private:
        char* AllocateFallback(size_t bytes);
        char* AllocateNewBlock(size_t block_bytes);

        // Allocation state
        char* alloc_ptr_;						// 每分配一个Block，记录当前可用的offset指针
        size_t alloc_bytes_remaining_;				// 每分配一个Block，记录当前可用的bytes大小

        // Array of new[] allocated memory blocks
        std::vector<char*> blocks_;					// 每次分配的内存都放入vector中

        // Bytes of memory in blocks allocated so far
        size_t blocks_memory_;					// 当前已经分配的内存容量

        // No copying allowed
        Arena(const Arena&);						// 将拷贝构造函数及赋值构造函数设置为private，表示不运行此2个操作
        void operator=(const Arena&);
        };

        实现如下

   static const int kBlockSize = 4096;       	// 定义每个Block的大小为 4K bytes

    Arena::Arena() {					// 构造函数，初始化
        blocks_memory_ = 0;
        alloc_ptr_ = NULL;  // First allocation will allocate a block
        alloc_bytes_remaining_ = 0;
    }

    Arena::~Arena() {					// 析构函数，释放分配的内存
        for (size_t i = 0; i < blocks_.size(); i++) {
            delete[] blocks_[i];
        }
    }

    // 如果bytes超过1K，则直接调用malloc分配内存；
    // 否则，重新分配一个Block，再返回bytes大小的内存
    char* Arena::AllocateFallback(size_t bytes) {
        if (bytes > kBlockSize / 4) {			// 当请求的内存超过 1K时，直接分配，以免造成每次Block剩余内存不能利用，产生碎片
            // Object is more than a quarter of our block size.  Allocate it separately
            // to avoid wasting too much space in leftover bytes.
            char* result = AllocateNewBlock(bytes); 	// 直接分配bytes内存
            return result;
        }
	  // 每个Block剩余的bytes不够时，产生浪费
        // We waste the remaining space in the current block.
        alloc_ptr_ = AllocateNewBlock(kBlockSize); 	// 分配blocksize大小的内存
        alloc_bytes_remaining_ = kBlockSize;

        char* result = alloc_ptr_;				
        alloc_ptr_ += bytes;					// 指针偏移
        alloc_bytes_remaining_ -= bytes;			// 剩余bytes大小
        return result;
    }

    // 分配bytes大小的内存空间，返回分配的内存的指针（在头文件中，为了方便介绍，放入这里）
    inline char* Arena::Allocate(size_t bytes) {
        // The semantics of what to return are a bit messy if we allow
        // 0-byte allocations, so we disallow them here (we don't need
        // them for our internal use).
        assert(bytes > 0);
        if (bytes <= alloc_bytes_remaining_) { 			// 当前block剩余空间可用
            char* result = alloc_ptr_;				// 返回当前可用内存offset指针
            alloc_ptr_ += bytes;		    			// 向后偏移
            alloc_bytes_remaining_ -= bytes;			// 当前剩余bytes大小
            return result;
        }
        return AllocateFallback(bytes);
    }
    // 分配bytes大小的内存空间，起始地址内存对齐（void*）
    char* Arena::AllocateAligned(size_t bytes) {
        const int align = sizeof(void*);    // We'll align to pointer size
        assert((align & (align-1)) == 0);   // Pointer size should be a power of 2
        size_t current_mod = reinterpret_cast<uintptr_t>(alloc_ptr_) & (align-1);
        size_t slop = (current_mod == 0 ? 0 : align - current_mod); 		// 内存对齐偏移量
        size_t needed = bytes + slop;							
        char* result;
        if (needed <= alloc_bytes_remaining_) {
            result = alloc_ptr_ + slop;
            alloc_ptr_ += needed;
            alloc_bytes_remaining_ -= needed;
        } else {
            // AllocateFallback always returned aligned memory
            result = AllocateFallback(bytes);
        }
        assert((reinterpret_cast<uintptr_t>(result) & (align-1)) == 0);
        return result;
    }

    // 分配一个Block的内存，并放入vector中
    char* Arena::AllocateNewBlock(size_t block_bytes) {
        char* result = new char[block_bytes];
        blocks_memory_ += block_bytes;
        blocks_.push_back(result);
        return result;
    }

 

       从上面可以看到主要提供了两个申请函数：其中一个直接分配内存，另一个可以申请对齐的内存空间。Arena没有直接调用delete/free函数，而是在Arena的析构函数中统一释放所有的内存。

        Arena实现的是粗粒度的内存池，每个Block内都可能产生剩余部分内存不能用的问题，且不存在中间释放内存和提供内存复用机制，不适用于在全局使用，且容易造成系统内存碎片。