Поточные безопасные буферы Agrona

В этом блоге я продолжаю серию публикаций о библиотеке Agrona , рассказывающую о том, как мы предлагаем легкий доступ к свободной памяти для выполнения потоковых операций . Я должен, вероятно, предостеречь, прежде чем мы продолжим, что это довольно сложная тема, и я не пытаюсь объяснить такие понятия, как барьеры памяти — просто обрисовать в общих чертах возможности API.

Недостатки ByteBuffer

Java предоставляет класс байтового буфера, чтобы обернуть как внешнюю, так и внутреннюю память. Байтбуферы специально используются в сетевом стеке Java как места для чтения или записи данных.

Так в чем же проблема с байтовыми буферами? Ну, потому что они нацелены на свой сценарий использования, они не предлагают поддержку таких вещей, как атомарные операции. Если вы хотите написать внешнюю структуру данных, к которой одновременно обращаются разные процессы, то байтовые буферы не удовлетворяют вашим потребностям. Примером библиотеки, которую вы, возможно, захотите написать, будет очередь сообщений, из которой один процесс будет читать, а другой — писать.

Буферы Агроны

Agrona предоставляет несколько буферных классов и интерфейсов для преодоления этих недостатков. Эти буферы используются библиотеками Aeron и SBE .

1. DirectBuffer — интерфейс верхнего уровня, который обеспечивает возможность чтения значений из буфера.
2. MutableDirectBuffer— расширяет DirectBufferоперации добавления для записи в буфер.
3. AtomicBuffer— Нет, это не атомная электростанция MutableDirectBuffer! Этот интерфейс добавляет элементарные операции и семантику сравнения и обмена.
4. UnsafeBuffer— реализация по умолчанию. Имя unsafe не подразумевает, что класс не должен использоваться, просто то, что использует его вспомогательная реализация sun.misc.Unsafe.

Решение разделить буферы, а не иметь один класс, мотивируется желанием ограничить доступ, который различные системные компоненты имеют к буферам. Если классу нужно только читать из буфера, он не должен позволять вносить ошибки в систему, поскольку ему разрешено изменять буфер. Аналогично, компонентам, разработанным как однопоточные, нельзя разрешать использовать атомарные операции.

Упаковка памяти

Чтобы иметь возможность что-либо делать с буфером, вы должны указать ему, где должен начинаться буфер! Этот процесс называется обертыванием основной памяти. Все методы для обёртывания памяти вызываются wrapи возможно обёртывание byte[], ByteBufferили DirectBuffer. Вы также можете указать смещение и длину, чтобы обернуть структуры данных. Например вот как вы заверните byte[].

        final int offset = 0;
        final int length = 5;
        buffer.wrap(new byte[length], offset, length);

        final int length = 10;
        final long address = unsafe.allocateMemory(length);
        buffer.wrap(address, length);

        final int address = 0;
        long value = buffer.getLong(address, ByteOrder.BIG_ENDIAN);
        value++;
        buffer.putLong(address, value, ByteOrder.BIG_ENDIAN);

        final int offsetInBuffer = 0;
        final int offsetInResult = 0;
        final int length = 5;
        final byte[] result = new byte[length];
        buffer.getBytes(offsetInBuffer, result, offsetInResult, length, result);