victoriaMetrics之byteBuffer

victoriaMetrics之byteBuffer

VictoriaMetrics经常会处理数目庞大的指标，在处理的过程中会涉及指标的拷贝，如果在指标拷贝时都进行内存申请的话，其内存消耗和性能损耗都非常大。victoriaMetrics使用byteBuffer来复用内存，提升性能，其核心就是用了sync.pool。下面主要看下它是如何结合sync.pool运作的。

ByteBuffer的结构体如下，只包含一个切片：

type ByteBuffer struct {
	// B is the underlying byte slice.
	B []byte
}

ByteBufferPool的用法

为了服用ByteBuffer，victoriaMetrics用到了ByteBufferPool，与常见的sync.Pool用法相同，包含一个Get和一个Put函数。

// ByteBufferPool is a pool of ByteBuffers.
type ByteBufferPool struct {
	p sync.Pool
}

// Get obtains a ByteBuffer from bbp.
func (bbp *ByteBufferPool) Get() *ByteBuffer {
	bbv := bbp.p.Get()
	if bbv == nil {
		return &ByteBuffer{}
	}
	return bbv.(*ByteBuffer)
}

// Put puts bb into bbp.
func (bbp *ByteBufferPool) Put(bb *ByteBuffer) {
	bb.Reset()
	bbp.p.Put(bb)
}

Put函数用于将ByteBuffer返回给资源池，为了防止下次使用的时候出现无效数据，在返回给sync.Pool之前需要清空切片内存，其使用的Reset函数如下，bb.B = bb.B[:0]也是一种常见的清空切片内容的方式：

func (bb *ByteBuffer) Reset() {
	bb.B = bb.B[:0]
}

ByteBuffer实现了io.Writer和io.ReaderFrom接口。

Writer接口实现

实现的write接口如下，比较简单，只是简单地将入参数据添加到byteBuffer中。在append的时候会增加切片的容量。

func (bb *ByteBuffer) Write(p []byte) (int, error) {
	bb.B = append(bb.B, p...)
	return len(p), nil
}

ReaderFrom接口实现

ReaderFrom中比较有意思的是看它是如何预分配容量，以及在容量不足的情况下，如何进行扩容。其核心思想是使用make预先申请一块内存，而不是通过append来让底层自动扩容。

1. 首先获取b的长度，表示切片中已有的数据长度

2. 由于ByteBuffer可能来自ByteBufferPool.Get，因此，其切片容量可能无法满足数据读取的需要，此时用到了ResizeWithCopyMayOverallocate，ResizeWithCopyMayOverallocate确保切片的容量不小于n字节，如果容量足够，则返回长度为n的子切片，否则申请新的切片，并返回长度为n的子切片。roundToNearestPow2会找出最接近n的2的整倍数的数值，以此作为新切片的容量。

   // ResizeNoCopyMayOverallocate resizes b to minimum n bytes and returns the resized buffer (which may be newly allocated).
   //
   // If newly allocated buffer is returned then b contents isn't copied to it.
   func ResizeNoCopyMayOverallocate(b []byte, n int) []byte {
   	if n <= cap(b) {
   		return b[:n]
   	}
   	nNew := roundToNearestPow2(n)
   	bNew := make([]byte, nNew)
   	return bNew[:n]
   }
   
   // roundToNearestPow2 rounds n to the nearest power of 2
   //
   // It is expected that n > 0
   func roundToNearestPow2(n int) int {
   	pow2 := uint8(bits.Len(uint(n - 1)))
   	return 1 << pow2
   }
   

3. 将b的长度等于容量

4. 设置offset为b中已有的数据偏移量

5. 获取剩余的容量free，如果剩余的容量不足一半(free < offset)，则将容量翻倍

6. 将数据读取到offset之后的存储中，并增加偏移量

7. 当Read操作返回错误时，将ByteBuffer中的切片长度设置为b，如果返回错误为EOF，则视为数据读取完成。

// ReadFrom reads all the data from r to bb until EOF.
func (bb *ByteBuffer) ReadFrom(r io.Reader) (int64, error) {
	b := bb.B
	bLen := len(b)//1
	b = ResizeWithCopyMayOverallocate(b, 4*1024) //2
	b = b[:cap(b)]//3
	offset := bLen//4
	for {
		if free := len(b) - offset; free < offset {//5
			n := len(b)
			b = append(b, make([]byte, n)...)
		}
		n, err := r.Read(b[offset:])//6
		offset += n
		if err != nil {//7
			bb.B = b[:offset]
			if err == io.EOF {
				err = nil
			}
			return int64(offset - bLen), err//9
		}
	}
}

如果无需从io.Reader中获取数据，则可以使用如下Write方法写入sync.pool中。

package util

import (
	"sync"
)

// ByteBuffer implements a simple byte buffer.
type ByteBuffer struct {
	// B is the underlying byte slice.
	B []byte
}

// Reset resets bb.
func (bb *ByteBuffer) Reset() {
	bb.B = bb.B[:0]
}

// Resize resizes b to n bytes and returns b (which may be newly allocated).
func resize(b []byte, n int) []byte {
	if nn := n - cap(b); nn > 0 {
		b = append(b[:cap(b)], make([]byte, nn)...)
	}
	return b[:n]
}

// ReadFrom reads all the data from r to bb until EOF.
func (bb *ByteBuffer) Write(data []byte) {
	bb.B = resize(bb.B, len(data))
	copy(bb.B, data)
}

// ByteBufferPool is a pool of ByteBuffers.
type ByteBufferPool struct {
	p sync.Pool
}

// Get obtains a ByteBuffer from bbp.
func (bbp *ByteBufferPool) Get() *ByteBuffer {
	bbv := bbp.p.Get()
	if bbv == nil {
		return &ByteBuffer{}
	}
	return bbv.(*ByteBuffer)
}

// Put puts bb into bbp.
func (bbp *ByteBufferPool) Put(bb *ByteBuffer) {
	bb.Reset()
	bbp.p.Put(bb)
}

总结

后续可以使用该库来满足从io.Reader中读取数据，而不用担心buffer不足，借助ByteBufferPool可以有效地复用buffer。