面试题：MariaDB中MEM_ROOT内存分配与回收的并发控制及优化

Question

在多线程并发访问MariaDB数据库时，MEM_ROOT的内存分配与回收会面临哪些并发问题？请说明现有的并发控制机制，并提出至少一种你认为可行的优化方案，以提高并发场景下的内存管理效率。

Answer 1

并发问题

1. 内存竞争：多个线程同时申请或释放MEM_ROOT内存，可能导致数据不一致，比如内存分配冲突，重复释放等问题。
2. 死锁风险：在并发控制机制中，如果线程获取锁的顺序不一致，可能导致死锁，使得线程相互等待对方释放资源，无法继续执行。
3. 内存碎片：多线程并发分配和释放内存时，可能导致内存碎片化严重，降低内存利用率，影响后续的内存分配效率。

现有的并发控制机制

1. 锁机制：通过互斥锁（Mutex）来保护对MEM_ROOT内存操作的临界区，保证同一时间只有一个线程可以访问和操作MEM_ROOT相关数据结构，避免内存竞争问题。
2. 读写锁：对于读多写少的场景，采用读写锁，允许多个线程同时读MEM_ROOT相关数据结构，但写操作需要独占锁，从而提高并发性能。

优化方案

1. 线程本地缓存（Thread - Local Cache）：
   • 每个线程维护自己的MEM_ROOT本地缓存。线程在需要分配内存时，首先从本地缓存中获取，如果本地缓存不足，再从全局的MEM_ROOT中分配一块较大的内存块到本地缓存。
   • 当线程释放内存时，先将内存归还给本地缓存，当本地缓存达到一定阈值或线程结束时，再将本地缓存中的内存归还给全局MEM_ROOT。
   • 优点：减少了线程对全局MEM_ROOT的竞争，大大提高了并发场景下的内存分配和回收效率，同时降低了锁的争用。
2. 内存池预分配：
   • 在系统启动时，预先分配若干个大小不同的内存池，每个内存池专门用于分配特定大小范围的内存块。
   • 线程需要分配内存时，直接从对应的内存池中获取，释放时也归还到对应的内存池。
   • 优点：减少了动态内存分配和释放的次数，降低了内存碎片化的可能性，并且由于内存池的管理相对简单，锁的粒度可以更细，进一步提高并发性能。