对象池
在编程中，我们经常会涉及到对象的操作，而经常的操作模式如下图所示:创建对象->使用对象->销毁对象。
而这个对象有可能创建的时候会需要构建很多资源，消耗比较大, 比如：在hiredis的SDK中每次都创建一个redisContext，如果需要查询，那就首先要进行网络连接。如果一直都是上图的工作方式，那将会频繁的创建连接，查询完毕后再释放连接。重新建立连接，让网络的查询效率降低。
这个时候就可以构建一个对象池来重复利用这个对象，并且一般要做到线程安全:
- 从
对象池中获取对象，如果没有对象，则创建一个，并返回 - 使用对象
- 使用完成对象后，将对象还回
对象池
那么符合如下条件的，应该适合使用对象池技术:
- 有一些对象虽然创建开销比较大，但是不一定能够重复使用。要使用
对象池一定要确保对象能够重复使用。 - 这个对象构建的时候，有一些耗时的资源可以重复利用。比如
redisContext的网络连接。又或者如果对象的频繁申请释放会带来一些其他的资源使用问题，比如内存碎片。重复利用能够提升程序的效率。 对象池的数量应该控制在能够接受的范围内，并不会无限膨胀。
对象池的实现
首先介绍一下程序的样例对象Object, 其就接受一个初始化参数strInit。
class Object
{
public:
Object(std::string strInit) : m_strInit(strInit)
{
std::cout << "Object()" << std::endl;
}
virtual ~Object()
{
std::cout << "~Object()" << std::endl;
}
private:
std::string m_strInit;
};
先来看看对象池的类图：
ObjectPool中采用std::list作为对象池的数据结构，存储的对象采用shared_ptr包裹。GetObject获取一个对象，传入的参数为Object需要初始化的信息，如果池子里面没有，就创建一个返回，如果有就从池子中取出一个返回。ReturnObject当应用程序使用完毕后，调用这个方法还回对象到对象池
然后再来看看代码吧:
class ObjectPool
{
public:
ObjectPool() {
; }
~ObjectPool() {
; }
std::shared_ptr<Object> GetObject(std::string strInit)
{
std::shared_ptr<Object> pObject;
{
std::lock_guard<std::mutex> guard(m_mutex);
if (!m_lObjects.empty())
{
pObject = m_lObjects.front();
m_lObjects.pop_front();
}
}
if (!pObject)
{
pObject = std::make_shared<Object>(strInit);
}
return pObject;
}
void ReturnObject(std::shared_ptr<Object> pObject)
{
if (!pObject)
return;
std::lock_guard<std::mutex> guard(m_mutex);
m_lObjects.push_front(pObject);
}
private:
std::mutex m_mutex;
std::list<std::shared_ptr<Object>> m_lObjects;
};
那么使用起来比较简单，如下所示。
ObjectPool objPool;
auto pObj1 = objPool.GetObject("abc");
//操作对象完成任务
//......
objPool.ReturnObject(pObj1);
但是要注意一点，有时候可能使用完了，却忘记调用ReturnObject了，这个时候是否想起了RAII技术《C++ RAII实现golang的defer》。
那么问一问，可以实现一个自动回收的对象池吗？并且你可能要问:
- 针对不同类型的
Object，是不是可以用模板去实现更加通用的实现一个对象池 - 构造函数的参数列表，也可以是任意的形式
自动回收的对象池
要实现自动回收的对象池，首先要了解unique_ptr和shared_ptr都可以自定义删除器，也就是说，比如当从对象池获取到的对象是用智能指针包裹的，一般默认的删除器为delete，那我们可以自义定删除器为: 将这个对象重新放回到对象池. 代码如下:
template<typename T>
class ObjectPool
{
public:
ObjectPool()
{
m_fObjDeleter = [&](T* pObj) {
if (m_bDeconstruct)
delete pObj;
else
{
std::lock_guard<std::mutex> guard(m_mutex);
m_lObjects.push_front(std::shared_ptr<T>(pObj, m_fObjDeleter));
}
};
}
~ObjectPool()
{
m_bDeconstruct = true;
}
template<typename... Args>
std::shared_ptr<T> GetObject(Args&&... args)
{
std::shared_ptr<T> pObject;
{
std::lock_guard<std::mutex> guard(m_mutex);
if (!m_lObjects.empty())
{
pObject = m_lObjects.front();
m_lObjects.pop_front();
}
}
if (!pObject)
{
pObject.reset(new T(std::forward<Args>(args)...), m_fObjDeleter);
}
return pObject;
}
void ReturnObject(std::shared_ptr<T> pObject)
{
if (!pObject)
return;
std::lock_guard<std::mutex> guard(m_mutex);
m_lObjects.push_front(pObject);
}
private:
std::function<void(T* pObj)> m_fObjDeleter;
std::mutex m_mutex;
std::list<std::shared_ptr<T>> m_lObjects;
volatile bool m_bDeconstruct = false;
};
自动回收
关于自动回收，这个涉及到一个问题，是用unique_ptr还是shared_ptr呢，在这篇大牛写的文章中进行了比较详细的阐述《thinking in object pool》, 说明了应该使用unique_ptr，也看到不少人在网上转发。主要如下阐述：
因为我们需要把智能指针的默认删除器改为自定义删除器，用shared_ptr会很不方便，因为你无法直接将shared_ptr的删除器修改为自定义删除器，虽然你可以通过重新创建一个新对象，把原对象拷贝过来的做法来实现，但是这样做效率比较低。而unique_ptr由于是独占语义，提供了一种简便的方法方法可以实现修改删除器，所以用unique_ptr是最适合的。
…
这种方式需要每次都创建一个新对象，并且拷贝原来的对象，是一种比较低效的做法。
但本人自己进行了思考，认为可以做到使用shared_ptr一样实现了高效的自动回收机制。首先定义了一个m_fObjDeleter自定义deleter, 不过这种做法可能比较难理解一些，就是定义的m_fObjDeleter函数内也会调用m_fObjDeleter。当shared_ptr引用计数为0的时候，会做如下事情:
- 如果发现是
OjbectPool调用了析构函数，则直接释放对象 - 如果发现
OjbectPool并没有调用析构函数，则将对象放入对象池中
m_fObjDeleter = [&](T* pObj) {
if (m_bDeconstruct)
delete pObj;
else
{
std::lock_guard<std::mutex> guard(m_mutex);
m_lObjects.push_front(std::shared_ptr<T>(pObj, m_fObjDeleter));
}
};
当创建对象的时候指定自定义的deleter：
pObject.reset(new T(std::forward<Args>(args)...), m_fObjDeleter);
模板支持
使用了模板可以支持通用的对象：
template<typename T>
class ObjectPool
{
public:
//......
template<typename... Args>
std::shared_ptr<T> GetObject(Args&&... args)
{
//......
}
void ReturnObject(std::shared_ptr<T> pObject)
{
//......
}
private:
std::function<void(T* pObj)> m_fObjDeleter;
//.....
std::list<std::shared_ptr<T>> m_lObjects;
//.......
};
构造函数参数完美转发
不同的对象，可能使用的构造函数参数也不同，那么当调用GetObject的时候的参数要设置为可变参数，其实现如下:
template<typename... Args>
std::shared_ptr<T> GetObject(Args&&... args)
{
std::shared_ptr<T> pObject;
{
std::lock_guard<std::mutex> guard(m_mutex);
if (!m_lObjects.empty())
{
pObject = m_lObjects.front();
m_lObjects.pop_front();
}
}
if (!pObject)
{
pObject.reset(new T(std::forward<Args>(args)...), m_fObjDeleter);
}
return pObject;
}
其他
以上对对象池的基本内容进行了阐述，那么对于对象池的实现要根据场景还有若干的细节，有些还比较重要:
- 是否要在启动的时候初始化指定数量的对象？
对象池的数量是否要设置一个上限或者下线- 对象池重复利用，当取出来后要注意，是不是要对对象做一次
reset之类的操作，防止对象上一次的调用残留数据对本地调用构成影响，这个要根据自己对象的特点去进行相应的reset操作 - 有时候当这个
对象可能出现了特别的情况需要销毁，是否也需要考虑到？ - 等等
参考
- <<C++ Primer>>模板部分
- << thinking in object pool >>