.NET?Core?中對(duì)象池?Object?Pool的使用
一、什么是對(duì)象池
對(duì)象池簡(jiǎn)單來說就是一種為對(duì)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(duì)象池就是通過借和還這樣兩個(gè)動(dòng)作來保證對(duì)象可以被重復(fù)使用，從而節(jié)省頻繁創(chuàng)建對(duì)象的性能開銷。對(duì)象池最常用的場(chǎng)景是游戲設(shè)計(jì)，因?yàn)樵谟螒蛑写罅看嬖谥蓮?fù)用的對(duì)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(kù)中存在著被稱為連接池的東西，每當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)無法連接的情況時(shí)，經(jīng)驗(yàn)豐富的開發(fā)人員往往會(huì)先檢查連接池是否滿了，這其實(shí)就是對(duì)象池模式在特定領(lǐng)域的具體實(shí)現(xiàn)。因此對(duì)象池本質(zhì)上就是負(fù)責(zé)一組對(duì)象創(chuàng)建和銷毀的容器。 對(duì)象池最大的優(yōu)勢(shì)是可以自主地管理池子內(nèi)的每個(gè)對(duì)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(gè)新對(duì)象需要消耗一定的系統(tǒng)資源，一旦這些對(duì)象可以重復(fù)地使用就可以節(jié)省系統(tǒng)資源開銷，這對(duì)提高系統(tǒng)性能會(huì)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(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)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(duì)象池
在.NET Core 中微軟已經(jīng)為我們提供了對(duì)象池的實(shí)現(xiàn)，即Microsoft.Extensions.ObjectPool。它主要提供了三個(gè)核心的組件，分別是ObjectPool、ObjectPoolProvider和IPooledObjectPolicy。ObjectPool是一個(gè)抽象類，對(duì)外提供了Get和Return兩個(gè)方法，這就是所謂的有借有還。ObjectPoolProvider同樣是一個(gè)抽象類，它的職責(zé)就是創(chuàng)建ObjectPool，它提供了兩個(gè)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(duì)象池定義不同的策略，來決定對(duì)象如何借、是否可以還。DefaultObjectPool內(nèi)部使用ObjectWrapper[]來管理對(duì)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(gè)方法只有在第一個(gè)參數(shù)和第三個(gè)參數(shù)相等時(shí)才會(huì)發(fā)生交換。
說了這么多，我們來看一下對(duì)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(gè)對(duì)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(duì)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(gè)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(duì)象池內(nèi)的對(duì)象如何被創(chuàng)建的時(shí)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(duì)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(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)象池，大多數(shù)情況下，我們只需要定義自己的IPooledObjectPolicy去決定對(duì)象應(yīng)該怎么樣借、怎么樣還?？傊螒蚴澜缋锏?GameObject、數(shù)據(jù)庫(kù)里的連接池，都是對(duì)象池模式在各自領(lǐng)域中的具體實(shí)現(xiàn)。
TIP：對(duì)象池是一種通過復(fù)用對(duì)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(duì)象的生命周期來規(guī)避系統(tǒng)的主動(dòng)回收，從對(duì)象池中借出的對(duì)象必須要及時(shí)歸還，否則會(huì)造成對(duì)象池中沒有可用資源。
到此這篇關(guān)于 .NET Core 中對(duì)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(duì)象池 內(nèi)容請(qǐng)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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