node中的buffer相信大家都不会陌生，毕竟这个东西是node的核心之一，我们读写文件，网络请求都会用到它。不过，之前我虽然一直在用这个东西，却没关心过他的实现，只知道通过buffer分配的内存占用的不是v8的heap上的内存，存在于newSpace和oldSpace之外，所以可以用它来进行一些大段内存的操作，但是却从没关心过它是如何分配内存，又是什么时候被回收这些问题。在一次有幸跟我神交已久的一位老哥的交流中，提起了这个问题才意识到自己这一块上确实存在盲区，于是专程去node源码（v8.1.4）中去寻找了一番，也算是颇有所得，所以专门写一篇文章记录和分享一下。
buffer的初始化
首先，我们可以从lib/buffer.js中，我们可以通过Buffer函数的代码往下追溯，发现Buffer的生成基本都是通过new FastBuffer来生成的，而FastBuffer我们可以看到代码中是这样实现的：
class FastBuffer extends Uint8Array
这是继承自一个Uint8Array这个v8内部定义为TYPE_ARRAY的类型，从v8在v8/src/api.cc的TYPED_ARRAY_NEW宏实现中我们可以看到，类似Uint8Array的TYPE_ARRAY都是通过ArrayBuffer来初始化的。
ArrayBuffer的实现
那么既然Buffer用的是v8内部的对象ArrayBuffer，那为什么buffer分配的内存并不会统计到v8的heap中呢？这个问题需要我们通过观察ArrayBuffer是如何实现的，这里我们可以通过src/node_buffer.cc中的Buffer::New的代码来解释：
MaybeLocal<Object> New(Environment* env, size_t length) {
//判断是否能生成
...
data = BufferMalloc(length);
Local<ArrayBuffer> ab =
ArrayBuffer::New(env->isolate(),data,length,ArrayBufferCreationMode::kInternalized);
Local<Uint8Array> ui = Uint8Array::New(ab, 0, length);
...
}
从中我们可以看到，node源码中通过BufferMalloc分配一段堆内存给初始化ArrayBuffer使用，通过分析ArrayBuffer的实现过程，我们可以在v8/src/objects.cc中的JSArrayBuffer::Setup方法中可以看到代码：
array_buffer->set_backing_store(data);
通过这个方法将指向堆内存的指针跟ArrayBuffer关联起来，放入array_buffer对象的backingstore中，所以之前的问题就已经有了答案了，buffer中所使用的内存是通过malloc这样的方式分配的堆内存，只是通过ArrayBuffer对象关联的js中使用。
Buffer的回收
说起Buffer的回收，我相信已经有聪明的读者想到了，既然是通过js对象ArrayBuffer关联到js中使用，那肯定也能通过这个对象利用v8自身的gc来进行回收。没错，对于Buffer的回收也是依赖于ArrayBuffer，在其中也是会根据ArrayBuffer所在的oldSpace和newSpace的不同进行不同的回收方法，不过都是通过对象ArrayBufferTracker来实现的。我们首先来看一下newSpace中的回收方案，在v8/src/heap/heap.cc中的void Heap::Scavenge()函数，这个是做新生代GC回收的函数，在这个函数中先通过正常的GC回收方案去判断对象是否需要回收，而对于需要回收的ArrayBuffer则是通过调用:
ArrayBufferTracker::FreeDeadInNewSpace(this);
来完成的，而这个函数中会轮询newSpace中所有的page，通过每个page中的LocalArrayBufferTracker对象去轮询其中保存的每个页中的ArrayBuffer的信息，判断是否需要清理该对象的backingStore,通过v8/src/heap/array-buffer-tracker.cc中函数:
template <typename Callback>
void LocalArrayBufferTracker::Process(Callback callback) {
for (TrackingData::iterator it = array_buffers_.begin();
it != array_buffers_.end();) {
old_buffer = reinterpret_cast<JSArrayBuffer*>(*it);
...
if (result == kKeepEntry) {
...
} else if (result == kUpdateEntry) {
...
} else if (result == kRemoveEntry) {
//清理arrayBuffer中backingstore的内存
freed_memory += length;
old_buffer->FreeBackingStore();
it = array_buffers_.erase(it);
}
}
}
而对于oldSpace中，则是通过v8/src/heap/mark-compact.cc中的函数MarkCompactCollector::Sweeper::RawSweep首先通过代码：
const MarkingState state = MarkingState::Internal(p);
获取page中所有对象标记情况的bitmap，接着通过该bitmap执行函数：
ArrayBufferTracker::FreeDead(p, state);
通过这个函数来对page上需要释放的ArrayBuffer中的backingStore进行释放，也是利用page中的LocalArrayBufferTracker对象，通过方法：
template <typename Callback>
void LocalArrayBufferTracker::Free(Callback should_free) {
...
for (TrackingData::iterator it = array_buffers_.begin();
it != array_buffers_.end();) {
JSArrayBuffer* buffer = reinterpret_cast<JSArrayBuffer*>(*it);
if (should_free(buffer)) {
freed_memory += length;
buffer->FreeBackingStore();
it = array_buffers_.erase(it);
} else {
...
}
}
...
}
可以看到这部分的代码的释放逻辑跟前面几乎是一样的，只是判断是否需要清理的函数上会有不同。
总结
通过对源码的一番窥探，我们可以清楚的了解到了，为什么buffer中的内存不存在v8的heap上，而且也知道了对于buffer中内存的释放，其释放时机的判断跟普通的js对象是一样的。读完有没有感觉对buffer的使用心里有底了许多。
@zy445566 这个时候是直接通过 new FastBuffer(8);来分配的，在v8内部的话他是通过ArrayBufferAllocator对象的Allocate方法来分配的，在src/node.cc初始化isolate的那里创建了这个对象
ArrayBufferAllocator allocator;
params.array_buffer_allocator = &allocator;
Isolate* const isolate = Isolate::New(params);
然后 ArrayBufferAllocator对象里面有这个方法：
class ArrayBufferAllocator : public v8::ArrayBuffer::Allocator {
public:
virtual void* Allocate(size_t length) {
void* data = AllocateUninitialized(length);
return data == NULL ? data : memset(data, 0, length);
}
virtual void* AllocateUninitialized(size_t length) { return malloc(length); }
就在这里malloc的。
@zy445566 大体是差不多的，只是这种的话，更类似于src/node_buffer里面的这种实现
Local<ArrayBuffer> ab =
ArrayBuffer::New(env->isolate(),
data,
length,
ArrayBufferCreationMode::kInternalized);
Local<Uint8Array> ui = Uint8Array::New(ab, 0, length); 
@zy445566 Buffer.allocUnsafe在生成allocPool的时候直接使用createUnsafeArrayBuffer这个函数里面就是直接使用new ArrayBuffer(size)，这个还是直接调用ArrayBuffer来分配的。
@peze 如果是这样的话，之前Allocate的方法已经填充了0
return data == NULL ? data : memset(data, 0, length);
也就是说node再次填充了一次随机值？
@peze 你可以试一下我下面的方法，我这边填充的是97（ascii的小a），输出也是aaaaaaaa，不知道是不是我的环境问题。 填充0是ascii的0.所以输出看不到，所以我改成97了
// test.cpp
#include<stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
char* buffer = (char*)malloc(sizeof(char)*8);
memset(buffer,97,sizeof(char)*8);
printf("%s\n",buffer);
return 0;
}
编译并运行：
gcc test.cpp -o test && ./test
@zy445566 我从 v8/src/builtins/builtins-arraybuffer.cc中找到了这个方法，应该就是我们平时调用的New ArrayBuffer(8)时候执行的construct方法
// This is a helper to construct an ArrayBuffer with uinitialized memory.
// This means the caller must ensure the buffer is totally initialized in
// all cases, or we will expose uinitialized memory to user code.
BUILTIN(ArrayBufferConstructor_DoNotInitialize) {
HandleScope scope(isolate);
Handle<JSFunction> target(isolate->native_context()->array_buffer_fun());
Handle<Object> length = args.atOrUndefined(isolate, 1);
return ConstructBuffer(isolate, target, target, length, false);
}
这个方法里面会直接调用ArrayBufferAllocator::AllocateUninitialized直接生成一段未初始化的内存。但是我还是有个疑惑因为这个方法上面有个BUILTIN(ArrayBufferConstructor_ConstructStub)这个会通过ArrayBufferAllocator::Allocate生成刚刚我们看到被初始化了的内存。什么时候初始化ArrayBuffer会调用这个构造函数呢？
在node.cc中 ArrayBufferAllocator::Allocate(size_t size)方法被重新实现过，并非之前说的v8::ArrayBuffer::Allocator::NewDefaultAllocator生成的ArrayBufferAllocator对象，这个方法如下：
void* ArrayBufferAllocator::Allocate(size_t size) {
if (zero_fill_field_ || zero_fill_all_buffers)
return node::UncheckedCalloc(size);
else
return node::UncheckedMalloc(size);
}
而不管在UncheckedMalloc与UncheckedCalloc中都是不会初始化这段分配的内存的，所以New ArrayBuffer(8)生成的内存中直接打印出来是随机的。上一个留言中说的ArrayBufferConstructor_DoNotInitialize在我的尝试中，发现New ArrayBuffer(8)并不会调用，而是调用正常的BUILTIN(ArrayBufferConstructor_ConstructStub)函数。因为发现了这个所以特别说明一下，免得误导了大家。