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, с помощью которых клиенты могут получать сегменты нативной памяти.

Простейшая арена — это глобальная арена. Глобальная арена имеет неограниченный срок жизни. Область действия глобальной арены — глобальная область действия. Таким образом, сегменты нативной памяти, выделенные с помощью глобальной арены, всегда доступны, а поддерживающие их области памяти никогда не освобождаются. Кроме того, к сегментам памяти, выделенным с помощью глобальной арены, можно получить доступ из любого потока.

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

Кроме того, клиенты могут получить автоматическую арену — арену с ограниченным сроком жизни, которым автоматически управляет сборщик мусора. Область действия автоматической арены — автоматическая область 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) становится недостижимой, 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 полагаться на среду выполнения Java при освобождении памяти, клиенты часто хотят сами управлять временем освобождения областей памяти, поддерживающих сегменты памяти. Это обеспечивают два вида арен: арены с ограничением по потоку и общие арены. У обеих ограниченный срок жизни, которым управляют вручную. Например, если арену с ограничением по потоку успешно закрыть, её область действия будет инвалидирована. В результате доступ к выделенным этой ареной сегментам памяти станет невозможен, а поддерживающие их области памяти будут освобождены:

 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 приведены в следующей таблице:

Характеристики арен

Тип	Ограниченный срок жизни	Можно закрыть явно	Доступна из нескольких потоков
Глобальная	Нет	Нет	Да
Автоматическая	Да	Нет	Да
С ограничением по потоку	Да	Да	Нет
Общая	Да	Да	Да

Безопасность и ограничение доступа по потокам

И наоборот, если арена выделяет сегменты, к которым могут обращаться несколько потоков, или если арену может закрыть поток, отличный от потока, выполняющего доступ, обеспечить корректность гораздо сложнее. Например, к выделенному арене сегменту может осуществляться доступ в то время, как другой поток пытается одновременно закрыть арену. Чтобы обеспечить строгую гарантию временной безопасности, не заставляя каждого клиента, даже самого простого, нести дополнительные затраты производительности, арены подразделяются на арены с ограничением по потоку и общие арены.

Арены с ограничением по потоку обеспечивают строгие гарантии ограничения доступа по потокам. При создании им назначается поток-владелец, которым обычно является поток, инициировавший операцию создания. Доступ к сегментам, созданным такой ареной, может получать только поток-владелец. Кроме того, любая попытка закрыть такую арену из потока, отличного от потока-владельца, завершится исключением WrongThreadException.

Общие арены, напротив, не имеют потока-владельца. Доступ к созданным общей ареной сегментам может получить любой поток. Это может быть полезно, когда нескольким потокам требуется 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