.NET?Core?中對象池?Object?Pool的使用
一、什么是對象池
對象池簡單來說就是一種為對象提供可復(fù)用能力的軟件設(shè)計(jì)思路。我們常說有借有還,再借不難,而對象池就是通過借和還這樣兩個動作來保證對象可以被重復(fù)使用,從而節(jié)省頻繁創(chuàng)建對象的性能開銷。對象池最常用的場景是游戲設(shè)計(jì),因?yàn)樵谟螒蛑写罅看嬖谥蓮?fù)用的對象,源源不斷的子彈出現(xiàn)并不是循環(huán)再生的。在數(shù)據(jù)庫中存在著被稱為連接池的東西,每當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫無法連接的情況時,經(jīng)驗(yàn)豐富的開發(fā)人員往往會先檢查連接池是否滿了,這其實(shí)就是對象池模式在特定領(lǐng)域的具體實(shí)現(xiàn)。因此對象池本質(zhì)上就是負(fù)責(zé)一組對象創(chuàng)建和銷毀的容器。 對象池最大的優(yōu)勢是可以自主地管理池子內(nèi)的每個對象,決定它們是需要被回收還是可以重復(fù)使用。我們都知道創(chuàng)建一個新對象需要消耗一定的系統(tǒng)資源,一旦這些對象可以重復(fù)地使用就可以節(jié)省系統(tǒng)資源開銷,這對提高系統(tǒng)性能會非常有幫助。下面的代碼實(shí)微軟官方文檔實(shí)現(xiàn)的一個簡單的對象池:
public class ObjectPool<T> : IObjectPool<T> { private Func<T> _instanceFactory; private ConcurrentBag<T> _instanceItems; public ObjectPool(Func<T> instanceFactory) { _instanceFactory = instanceFactory ?? throw new ArgumentNullException(nameof(instanceFactory)); _instanceItems = new ConcurrentBag<T>(); } public T Get() { T item; if (_instanceItems.TryTake(out item)) return item; return _instanceFactory(); } public void Return(T item) { _instanceItems.Add(item); } }
二、.NET Core 中的對象池
在.NET Core
中微軟已經(jīng)為我們提供了對象池的實(shí)現(xiàn),即Microsoft.Extensions.ObjectPool
。它主要提供了三個核心的組件,分別是ObjectPool
、ObjectPoolProvider
和IPooledObjectPolicy
。ObjectPool
是一個抽象類,對外提供了Get和Return兩個方法,這就是所謂的有借有還。ObjectPoolProvider
同樣是一個抽象類,它的職責(zé)就是創(chuàng)建ObjectPool,它提供了兩個Create方法,兩者的區(qū)別是無參數(shù)版本本質(zhì)上使用的是DefaultPooledObjectPolicy
。它和DefaultObjectPool
、DefaultObjectPoolProvider都是微軟提供的默認(rèn)實(shí)現(xiàn),IPooledObjectPolicy可以為不同的對象池定義不同的策略,來決定對象如何借、是否可以還。DefaultObjectPool內(nèi)部使用ObjectWrapper[]來管理對象,ObjectWrapper[]的大小等于 maximumRetained-1,默認(rèn)情況下maximumRetained等于Environment.ProcessorCount * 2
,這里主要用到了Interlocked.CompareExchange()
方法,
具體代碼如下:
public override T Get() { var item = _firstItem; if (item == null || Interlocked.CompareExchange(ref _firstItem, null, item) != item) { var items = _items; for (var i = 0; i < items.Length; i++) { item = items[i].Element; if (item != null && Interlocked.CompareExchange(ref items[i].Element, null, item) == item) { return item; } } item = Create(); } return item; } // Non-inline to improve its code quality as uncommon path [MethodImpl(MethodImplOptions.NoInlining)] private T Create() => _fastPolicy?.Create() ?? _policy.Create(); public override void Return(T obj) { if (_isDefaultPolicy || (_fastPolicy?.Return(obj) ?? _policy.Return(obj))) { if (_firstItem != null || Interlocked.CompareExchange(ref _firstItem, obj, null) != null) { var items = _items; for (var i = 0; i < items.Length && Interlocked.CompareExchange(ref items[i].Element, obj, null) != null; ++i) { } } } }
這里用到Interlocked.CompareExchange()
方法,Get()方法將items[i].Element
和null
進(jìn)行交換,將指定元素設(shè)為 null 并返回原始值。Return()方法將items[i].Element
和obj交換后的值不為 null,表示指定元素已經(jīng)歸還,這個方法只有在第一個參數(shù)和第三個參數(shù)相等時才會發(fā)生交換。
說了這么多,我們來看一下對象池具體的用法:
var service = new ServiceCollection(); //使用DefaultObjectPoolProvider service.AddSingleton<ObjectPoolProvider, DefaultObjectPoolProvider>(); //使用默認(rèn)策略 service.AddSingleton<ObjectPool<Foo>>(serviceProvider => { var objectPoolProvider = serviceProvider.GetRequiredService<ObjectPoolProvider>(); return objectPoolProvider.Create<Foo>(); }); //使用自定義策略 service.AddSingleton<ObjectPool<Foo>>(serviceProvider => { var objectPoolProvider = serviceProvider.GetRequiredService<ObjectPoolProvider>(); return objectPoolProvider.Create(new FooObjectPoolPolicy()); }); var serviceProvider = _service.BuildServiceProvider(); var objectPool = _serviceProvider.GetService<ObjectPool<Foo>>(); //有借有還,兩次是同一個對象 var item1 = objectPool.Get(); objectPool.Return(item1); var item2 = objectPool.Get(); Assert.AreEqual(item1, item2);//true //有借無還,兩次是不同的對象 var item3 = objectPool.Get(); var item4 = objectPool.Get(); Assert.AreEqual(item3, item4);//false
上面的代碼中Foo和FooObjectPoolPolicy是兩個工具類:
public class Foo { public string Id { get; set; } public DateTime? CreatedAt { get; set; } public string CreatedBy { get; set; } } public class FooObjectPoolPolicy : IPooledObjectPolicy<Foo> { public Foo Create() { return new Foo() { Id = Guid.NewGuid().ToString("N"), CreatedAt = DateTime.Now, CreatedBy = "zs" }; } public bool Return(Foo obj) { return true; } }
TIP:當(dāng)你需要控制對象池內(nèi)的對象如何被創(chuàng)建的時候,你可以考慮實(shí)現(xiàn)自定義的IPooledObjectPolicy<T>
,反之DefaultPooledObjectPolicy<T>
實(shí)現(xiàn)完全可以滿足你的使用。
三、本文小結(jié)
實(shí)現(xiàn)對象池可以考慮ConcurrentBag
、Stack、Queue
以及BlockingCollection
等多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),而微軟在.NET Core 中已經(jīng)為我們實(shí)現(xiàn)了一個簡單的對象池,大多數(shù)情況下,我們只需要定義自己的IPooledObjectPolicy
去決定對象應(yīng)該怎么樣借、怎么樣還??傊螒蚴澜缋锏?GameObject
、數(shù)據(jù)庫里的連接池,都是對象池模式在各自領(lǐng)域中的具體實(shí)現(xiàn)。
TIP:對象池是一種通過復(fù)用對象來減少資源開銷進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)性能的軟件設(shè)計(jì)模式,其核心是控制容器內(nèi)對象的生命周期來規(guī)避系統(tǒng)的主動回收,從對象池中借出的對象必須要及時歸還,否則會造成對象池中沒有可用資源。
到此這篇關(guān)于 .NET Core 中對象池 Object Pool的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān) .NET Core 中對象池 內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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