深度剖析 C++ 對(duì)象池自動(dòng)回收技術(shù)實(shí)現(xiàn)
對(duì)象池可以顯著提高性能，如果一個(gè)對(duì)象的創(chuàng)建非常耗時(shí)或非常昂貴，頻繁去創(chuàng)建的話會(huì)非常低效。對(duì)象池通過(guò)對(duì)象復(fù)用的方式來(lái)避免重復(fù)創(chuàng)建對(duì)象，它會(huì)事 先創(chuàng)建一定數(shù)量的對(duì)象放到池中，當(dāng)用戶需要?jiǎng)?chuàng)建對(duì)象的時(shí)候，直接從對(duì)象池中獲取即可，用完對(duì)象之后再放回到對(duì)象池中，以便復(fù)用。這種方式避免了重復(fù)創(chuàng)建耗 時(shí)或耗資源的大對(duì)象，大幅提高了程序性能。本文將探討對(duì)象池的技術(shù)特性以及源碼實(shí)現(xiàn)。
對(duì)象池類圖
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ObjectPool：管理對(duì)象實(shí)例的pool。
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Client：使用者。
適用性：
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類的實(shí)例可重用。
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類的實(shí)例化過(guò)程開(kāi)銷較大。
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類的實(shí)例化的頻率較高。
效果：
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節(jié)省了創(chuàng)建類實(shí)例的開(kāi)銷。
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節(jié)省了創(chuàng)建類實(shí)例的時(shí)間。
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存儲(chǔ)空間隨著對(duì)象的增多而增大。
問(wèn)題
目前縱觀主流語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)方式無(wú)外乎3個(gè)步驟：
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初始創(chuàng)建一定數(shù)量的對(duì)象池（也允許從外面添加對(duì)象）。
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從對(duì)象池中取對(duì)象來(lái)使用。
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用完之后返回對(duì)象池。
一般情況下這樣是OK的，可能存在的問(wèn)題是在第三步，有兩個(gè)問(wèn)題：
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不方便，每次都需要顯式回收對(duì)象。
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忘記將對(duì)象放回對(duì)象池，造成資源浪費(fèi)。
改進(jìn)動(dòng)機(jī)
解決顯式回收的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回收，省心省力。改進(jìn)之后的對(duì)象池?zé)o須提供release方法，對(duì)象會(huì)自動(dòng)回收，改進(jìn)之后的類圖如下。
技術(shù)內(nèi)幕
借助c++11智能指針，因?yàn)橹悄苤羔樋梢宰远x刪除器，在智能指針釋放的時(shí)候會(huì)調(diào)用刪除器，在刪除器中我們將用完的對(duì)象重新放回對(duì)象池。思路比較簡(jiǎn)單，但實(shí)現(xiàn)的時(shí)候需要考慮兩個(gè)問(wèn)題：
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什么時(shí)候定義刪除器？
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用shared_ptr還是unique_ptr？
1. 什么時(shí)候定義刪除器
自定義刪除器只做一件事，就是將對(duì)象重新放入對(duì)象池。如果對(duì)象池初始化的時(shí)候就自定義刪除器的話，刪除器中的邏輯是將對(duì)象放回對(duì)象池，放回的時(shí)候無(wú) 法再定義一個(gè)這樣的刪除器，所以這種做法行不通。需要注意，回收的對(duì)象只能是默認(rèn)刪除器的。除了前述原因之外，另外一個(gè)原因是對(duì)象池釋放的時(shí)候需要釋放所 有的智能指針，釋放的時(shí)候如果存在自定義刪除器將會(huì)導(dǎo)致對(duì)象無(wú)法刪除。只有在get的時(shí)候定義刪除器才行，但是初始創(chuàng)建或加入的智能指針是默認(rèn)刪除器，所 以我們需要把智能指針的默認(rèn)刪除器改為自定義刪除器。
1.2 用shared_ptr還是unique_ptr
因?yàn)槲覀冃枰阎悄苤羔樀哪J(rèn)刪除器改為自定義刪除器，用shared_ptr會(huì)很不方便，因?yàn)槟銦o(wú)法直接將shared_ptr的刪除器修改為自 定義刪除器，雖然你可以通過(guò)重新創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象，把原對(duì)象拷貝過(guò)來(lái)的做法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是這樣做效率比較低。而unique_ptr由于是獨(dú)占語(yǔ)義，提供了一 種簡(jiǎn)便的方法方法可以實(shí)現(xiàn)修改刪除器，所以用unique_ptr是最適合的。
1.3 實(shí)現(xiàn)源碼
- #pragma once
- #include <memory>
- #include <vector>
- #include <functional>
- template <class T>
- class SimpleObjectPool
- {
- public:
- using DeleterType = std::function<void(T*)>;
- void add(std::unique_ptr<T> t)
- {
- pool_.push_back(std::move(t));
- }
- std::unique_ptr<T, DeleterType> get()
- {
- if (pool_.empty())
- {
- throw std::logic_error("no more object");
- }
- //every time add custom deleter for default unique_ptr
- std::unique_ptr<T, DeleterType> ptr(pool_.back().release(), [this](T* t)
- {
- pool_.push_back(std::unique_ptr<T>(t));
- });
- pool_.pop_back();
- return std::move(ptr);
- }
- bool empty() const
- {
- return pool_.empty();
- }
- size_t size() const
- {
- return pool_.size();
- }
- private:
- std::vector<std::unique_ptr<T>> pool_;
- };
- //test code
- void test_object_pool()
- {
- SimpleObjectPool<A> p;
- p.add(std::unique_ptr<A>(new A()));
- p.add(std::unique_ptr<A>(new A()));
- {
- auto t = p.get();
- p.get();
- }
- {
- p.get();
- p.get();
- }
- std::cout << p.size() << std::endl;
- ｝
如果你堅(jiān)持用shared_ptr，那么回收的時(shí)候你需要這樣寫(xiě)：
- std::shared_ptr<T> get()
- {
- if (pool_.empty())
- {
- throw std::logic_error("no more object");
- }
- std::shared_ptr<T> ptr = pool_.back();
- auto p = std::shared_ptr<T>(new T(std::move(*ptr.get())), [this](T* t)
- {
- pool_.push_back(std::shared_ptr<T>(t));
- });
- //std::unique_ptr<T, DeleterType> ptr(pool_.back().release(), [this](T* t)
- //{
- // pool_.push_back(std::unique_ptr<T>(t));
- //});
- pool_.pop_back();
- return p;
- }
這種方式需要每次都創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象，并且拷貝原來(lái)的對(duì)象，是一種比較低效的做法。代碼僅僅是為了展示如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回收對(duì)象，沒(méi)有考慮線程安全、對(duì)象池?cái)U(kuò)容策略等細(xì)節(jié)，源碼鏈接：object_pool
總結(jié)凡是需要自動(dòng)回收的場(chǎng)景下都可以使用這種方式：在獲取對(duì)象的時(shí)候?qū)⒛J(rèn)刪除器改為自定義刪除器，確保它可以回收。注意，回收的智能指針使用的是 默認(rèn)刪除器，可以確保對(duì)象池釋放時(shí)能正常釋放對(duì)象。同時(shí)也將獲取對(duì)象和釋放對(duì)象時(shí)，對(duì)象的控制權(quán)完全分離。其他的一些應(yīng)用場(chǎng)景：多例模式，無(wú)需手動(dòng)釋放， 自動(dòng)回收。
