Интерфейс Arena

У арены есть область действия — область действия арены. Все сегменты, выделенные ареной, связаны с областью действия арены. Таким образом, арена определяет временные границы всех выделенных ею сегментов памяти.

Кроме того, арена определяет, должен ли доступ к выделенным ею сегментам памяти быть ограничен определёнными потоками. Арена является SegmentAllocator и предоставляет несколько методов выделения памяти, которые клиенты могут использовать для получения нативных сегментов.

Простейшая арена — это глобальная арена. Глобальная арена имеет неограниченный срок жизни. Областью действия глобальной арены является глобальная область действия. Таким образом, нативные сегменты, выделенные с помощью глобальной арены, всегда доступны, а поддерживающие их области памяти никогда не освобождаются. Кроме того, сегменты памяти, выделенные с помощью глобальной арены, могут быть доступны из любого потока.

 MemorySegment segment = Arena.global().allocate(100, 1);
 ...
 // segment is never deallocated!

В качестве альтернативы клиенты могут получить автоматическую арену — арену с ограниченным сроком жизни, которым автоматически управляет сборщик мусора. Область действия автоматической арены является автоматической областью действия. Таким образом, области памяти, поддерживающие сегменты памяти, выделенные с помощью автоматической арены, освобождаются в неопределённый момент времени после того, как автоматическая арена (и все выделенные ею сегменты) становятся недостижимыми, как показано ниже:

 MemorySegment segment = Arena.ofAuto().allocate(100, 1);
 ...
 segment = null; // the segment region becomes available for deallocation after this point

Вместо того чтобы оставлять освобождение памяти на усмотрение среды выполнения Java, клиенты часто хотят контролировать момент освобождения областей памяти, поддерживающих сегменты памяти. Это обеспечивают два типа арен: ограниченные и общие. Обе разновидности имеют ограниченный срок жизни, которым управляют вручную. Например, после успешного закрытия ограниченной арены её область действия становится недействительной. В результате доступ к выделенным ареной сегментам памяти становится невозможным, а области памяти освобождаются:

 MemorySegment segment = null;
 try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {
     segment = arena.allocate(100);
     ...
 } // segment region deallocated here
 segment.get(ValueLayout.JAVA_BYTE, 0); // throws IllegalStateException

Характеристики различных арен сведены в таблицу ниже:

Характеристики арен

Тип	Ограниченный срок жизни	Можно закрыть явно	Доступна из нескольких потоков
Глобальная	Нет	Нет	Да
Автоматическая	Да	Нет	Да
Ограниченная	Да	Да	Нет
Общая	Да	Да	Да

Безопасность и привязка к потоку

Напротив, если арена выделяет сегменты, доступные из нескольких потоков, или если арену может закрыть поток, отличный от потока, осуществляющего доступ, обеспечить корректность гораздо сложнее. Например, сегмент, выделенный ареной, может использоваться в то время, как другой поток пытается одновременно закрыть арену. Чтобы обеспечить строгую гарантию временной безопасности и при этом не заставлять каждого клиента, даже самого простого, нести дополнительные затраты производительности, арены делятся на арены с привязкой к потоку и общие арены.

Ограниченные арены обеспечивают строгие гарантии привязки к потоку. При создании им назначается поток-владелец — обычно поток, инициировавший операцию создания. Доступ к сегментам, созданным ограниченной ареной, может осуществлять только поток-владелец. Кроме того, любая попытка закрыть ограниченную арену из потока, отличного от потока-владельца, завершится исключением WrongThreadException.

У общих арен, напротив, нет потока-владельца. Доступ к сегментам, созданным общей ареной, может осуществлять любой поток. Это может быть полезно, когда нескольким потокам нужно одновременно обращаться к одному и тому же сегменту памяти (например, при параллельной обработке). Кроме того, общую арену может закрыть любой поток.

Пользовательские арены

class SlicingArena implements Arena {
    final Arena arena = Arena.ofConfined();
    final SegmentAllocator slicingAllocator;

    SlicingArena(long size) {
        slicingAllocator = SegmentAllocator.slicingAllocator(arena.allocate(size));
    }

    public MemorySegment allocate(long byteSize, long byteAlignment) {
        return slicingAllocator.allocate(byteSize, byteAlignment);
    }

    public MemorySegment.Scope scope() {
        return arena.scope();
    }

    public void close() {
        arena.close();
    }

}

try (Arena slicingArena = new SlicingArena(1000)) {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        MemorySegment s = slicingArena.allocateFrom(JAVA_INT, 1, 2, 3, 4, 5);
        ...
    }
} // all memory allocated is released here