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AtomicXXXFieldUpdater在内存优化中的是实战

1. 背景​

在很多项目中例如 Netty、druid、DLedger 中都能看到 AtomicXXXFieldUpdater 的身影,例如在Netty的 HashedWheelTimer 类中就有 AtomicIntegerFieldUpdater 代码的存在。又比如在druid中的PR-165。大量的试用了AtomicXXXFieldUpdater 这一类相似的类。AtomicXXXFieldUpdater表示的是一系列类：

  • AtomicIntegerFieldUpdater
  • AtomicLongFieldUpdater
  • AtomicReferenceFieldUpdater

今天就来聊聊 AtomicXXXFieldUpdater 在内存优化中的实战，下面在笔者在 DLedger(RocketMQ的一个组件) 中对内存的优化，对应的ISSUE#189和PR-190

2. 案例说明​

首先我们看一下这样的例子：

public class AtomicIntegerTest {

    final AtomicInteger startPosition = new AtomicInteger(0);
    final AtomicInteger wrotePosition = new AtomicInteger(0);
    final AtomicInteger committedPosition = new AtomicInteger(0);
    final AtomicInteger flushedPosition = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        List<AtomicIntegerTest> list = new LinkedList<>();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            list.add(new AtomicIntegerTest());
        }
        System.out.println("create instances 1000000");
        System.in.read();
    }

}

然后使用 YourKit tools 工具进行分析(也可以使用其他的分析工具)。

AtomicXXXFieldUpdater1

从上图可以看出来**AtomicInteger** 大概占用了64M。而AtomicIntegerTest对象实例整个占用了96M.

然后用AtomicIntegerFieldUpdater 进行改造,如下例子：

public class AtomicIntegerFieldUpdaterTest {

    public static final AtomicIntegerFieldUpdater<AtomicIntegerFieldUpdaterTest> startPosition =  AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(AtomicIntegerFieldUpdaterTest.class,"startPositionInt");
    public static final AtomicIntegerFieldUpdater<AtomicIntegerFieldUpdaterTest> wrotePosition = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(AtomicIntegerFieldUpdaterTest.class,"wrotePositionInt");
    public static final AtomicIntegerFieldUpdater<AtomicIntegerFieldUpdaterTest> committedPosition = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(AtomicIntegerFieldUpdaterTest.class,"committedPositionInt");
    public static final AtomicIntegerFieldUpdater<AtomicIntegerFieldUpdaterTest> flushedPosition =AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(AtomicIntegerFieldUpdaterTest.class,"flushedPositionInt");

    private volatile int startPositionInt = 0;
    private volatile int wrotePositionInt = 0;
    private volatile int committedPositionInt = 0;
    private volatile int flushedPositionInt = 0;

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        List<AtomicIntegerFieldUpdaterTest> list = new LinkedList<>();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            list.add(new AtomicIntegerFieldUpdaterTest());
        }
        System.out.println("create instances 1000000");
        System.in.read();
    }

}

使用使用 YourKit tools 工具进行分析结果如下：

AtomicXXXFieldUpdater2

AtomicIntegerFieldUpdaterTest整个对象大小的和为32M,相比之前的总共小了64M。大大的减少了内存的开销。

然后笔者对DLedger项目的DefaultMmapFile进行优化最终被Merge:

image-20220903151732636

3. AtomicXXXFieldUpdater如何使用​

  • AtomicXXXFieldUpdater必须是静态变量
  • 被更新的变量必须被关键字volatile修饰

例子如下：

public class AtomicIntegerFieldUpdaterTest {
    public static final AtomicIntegerFieldUpdater<AtomicIntegerFieldUpdaterTest> startPosition =  AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(AtomicIntegerFieldUpdaterTest.class,"startPositionInt");

    private volatile int startPositionInt = 0;
}

4. 使用AtomicXXXFieldUpdater后内存为什么会减少​

对象内存大小如果不是很清楚可以阅读一下：《一个Java对象占用多大内存-理论篇》和《一个Java对象占用多大内存-实践篇》

我们用上面的案例来进行分析使用AtomicXXXFieldUpdater后内存为什么会减少。

首先我们要知道的是一个对象内存组成，AtomicIntegerTest

public class AtomicIntegerTest {

    final AtomicInteger startPosition = new AtomicInteger(0);
    final AtomicInteger wrotePosition = new AtomicInteger(0);
    final AtomicInteger committedPosition = new AtomicInteger(0);
    final AtomicInteger flushedPosition = new AtomicInteger(0);
}

AtomicIntegerTest 单个对象的大小是多少？如下图所示

AtomicXXXFieldUpdater3

而AtomicIntegerFieldUpdaterTest对象的大小：

AtomicXXXFieldUpdater4

少了64bytes。也就是少了 AtomicInteger 对象的大小。

5. 总结​

AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater 合理的使用能够大大减少应用的内存消耗。特别是 AtomicInteger相对应的对象数量越多并且在实例化的对象也越多的情况下。与此同时也需要关注一下在使用 AtomicXXXFieldUpdater 的方式方法。

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