写在前面
对象池是一种比较常用的提高系统性能的软件设计模式,它维护了一系列相关对象列表的容器对象,这些对象可以随时重复使用,对象池节省了频繁创建对象的开销。
它使用取用/归还的操作模式,并重复执行这些操作。如下图所示:
本文将主要介绍对象池的基本概念、对象池的优势及其工作机制,下一篇文档将从源码角度介绍.NET Core 3.0是如何实现对象池的。
另外本公众号引入了一位来自台湾技术社区的程序员作为运营者,在不涉及到政治的情况下,欢迎大家积极来撩。
对象池基础
对象池的基本概念
对象池的核心概念是容器,其表示形式可以认为是列表。每当有新的对象创建请求进入时,都会通过从池中分配一个对象来满足该请求。当我们需要获取某个对象时,可以从池中获取。既然有了对象池,那么也就很方便我们就很容易建立起对象的管理与追踪了了。
对象池的优势
我们知道一旦应用程序启动并运行,内存使用就会受到系统所需对象的数量和大小的影响。
我们知道创建一个对象的实例,是需要消耗一定的系统资源,尤其是该对象的构造十分复杂的时候,再加上需要频繁创建的时候,其实例化所消耗的资源更加昂贵。如果我们能有一种办法减少这种昂贵的系统开销,这对系统性能的提升是十分有帮助的。
对象池理念的出现,有助于我们解决复杂对象的重复创建所引发的资源开销问题。对象存储在某种类型的列表或者说数组中,我们可以和获取数组中的子项一样获取已经存在在对象池中的对象。
对象池的最大优点是,它可以自主管理内部已经创建的对象,包括回收和重复使用对象。程序在使用完某个对象后,会将其发还至对象池,而不是在内存中销毁他们。
对象池通过资源的分配,因而也就减少了应用程序所需的垃圾回收数量。这对于需要频繁创建同一对象的功能来说,对象池最大程度地减少了系统资源的消耗。
简单来说,对象池的设计目标就是要使对象可以得到重复使用,而不是被垃圾回收器回收。
对象池的工作机制
通常情况下,当客户端程序需要某个对象时,对象池首先尝试提供一个已经创建的对象。如果没有可用的对象,则会创建一个新对象。这类似于一个GetOrAdd的操作。同时对象池中对象的数量就会减少,直到该对象已经使用完,那么它就会被放回到对象池池中以等待使用。这就是为什么对象池有助于重用性、并减少了在获取对象时创建对象所涉及的开销的原因。
另外,需要注意的是,只要池中至少有一个对象,该池就会一直保留在内存中。只要对象池还在,里面的对象也会一直存在。
当对象池用于并发操作时,需要确保对象池是线程安全的,而且其本身还要有很高的性能。
ConcurrentBag对象池解决方案
这个解决方案来自于MSDN,ConcurrentBag <T>用于存储对象,因为它支持快速插入和删除,尤其是在同一线程同时添加和删除项目时。该示例可以进一步扩展为围绕IProducerConsumerCollection <T>构建,该数据由bag数据结构实现,ConcurrentQueue <T>和ConcurrentStack <T>也是如此。
using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks; namespace ObjectPoolExample
{ public class ObjectPool<T> { private ConcurrentBag<T> _objects; private Func<T> _objectGenerator; public ObjectPool(Func<T> objectGenerator) { if (objectGenerator == null) throw new ArgumentNullException("objectGenerator"); _objects = new ConcurrentBag<T>(); _objectGenerator = objectGenerator; } public T GetObject() { T item; if (_objects.TryTake(out item)) return item; return _objectGenerator(); } public void PutObject(T item) { _objects.Add(item); } } class Program { static void Main(string[] args) { CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource(); // Create an opportunity for the user to cancel. Task.Run(() => { if (Console.ReadKey().KeyChar == 'c' || Console.ReadKey().KeyChar == 'C') cts.Cancel(); }); ObjectPool<MyClass> pool = new ObjectPool<MyClass> (() => new MyClass()); // Create a high demand for MyClass objects. Parallel.For(0, 1000000, (i, loopState) => { MyClass mc = pool.GetObject(); Console.CursorLeft = 0; // This is the bottleneck in our application. All threads in this loop // must serialize their access to the static Console class.
####.####}", mc.GetValue(i)); pool.PutObject(mc); if (cts.Token.IsCancellationRequested) loopState.Stop(); }); Console.WriteLine("Press the Enter key to exit."); Console.ReadLine(); cts.Dispose(); } } // A toy class that requires some resources to create. // You can experiment here to measure the performance of the // object pool vs. ordinary instantiation. class MyClass { public int[] Nums {get; set;} public double GetValue(long i) { return Math.Sqrt(Nums[i]); } public MyClass() { Nums = new int[1000000]; Random rand = new Random(); for (int i = 0; i < Nums.Length; i++) Nums[i] = rand.Next(); } }
}
参考链接:https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/standard/collections/thread-safe/how-to-create-an-object-pool