C++的对象池实践

素颜马尾好姑娘i 2024-03-26 10:37 73阅读 0赞

#### 一、介绍 ####

C++对象池是一种常用的内存管理技术，它可以提高程序的效率和性能。对象池是一种预先分配好一定数量的对象内存池，当需要使用对象时，从对象池中获取一个空闲的对象，使用完毕后再将其放回池中，以便下次使用。这样可以避免频繁的内存分配和释放，减少内存碎片，提高程序的效率和性能。

#### 二、对象池解决什么问题 ####

对象池通常用于需要频繁创建和销毁对象的场景，如网络编程中的连接池、线程池、对象缓存等。C++中可以使用标准库中的`std::vector`和`std::deque`来实现对象池，也可以自己实现一个对象池，具体实现方式可以使用链表、数组等数据结构，根据实际需要进行优化。

#### 三、 实例 ####

一个简单的线程池

template<class T>
    class SimpleObjectPool
    {
    public:
        using DelType = std::function<void(T*)>;
    
        void add(std::unique_ptr<T> t)
        {
            m_pool.push_back(std::move(t));
        }
    
        std::unique_ptr<T, DelType> get()
        {
            if (m_pool.empty())
            {
                throw std::logic_error("no object");
            }
    
            //every time add custom deleter for default unique_ptr
            std::unique_ptr<T, DelType> ptr(m_pool.back().release(), [this](T* t)
            {
                m_pool.push_back(std::unique_ptr<T>(t));    //删除函数执行的操作
            });
    
            m_pool.pop_back();  //删除最后一个被释放的unique_ptr
            return std::move(ptr);
        }
    
        bool empty() const
        {
            return m_pool.empty();
        }
    
        int size() const
        {
            return m_pool.size();
        }
    private:
        std::vector<std::unique_ptr<T>> m_pool;
    };
    
    //测试对象
    struct STA
    {
        STA()
        {
            cout << "create" << endl;
        }
        STA(int i)
        {
            a = i;
            cout << "create int" << endl;
        }
        STA(const STA& other)
        {
            *this = other;
            cout << "copy" << endl;
        }
        ~STA()
        {
            cout << "delete" << endl;
        }
        int a = 0;
    };
    
    //测试代码
    void testPool()
    {
        SimpleObjectPool<STA> pool;
        pool.add(std::unique_ptr<STA>(new STA()));
        pool.add(std::unique_ptr<STA>(new STA()));
        {
            auto ptr = pool.get();
            pool.get();
            cout <<"pool size:"<< pool.size() << endl;
        }
        cout << "pool size:" << pool.size() << endl;
        {
            pool.get();
            pool.get();
            cout << "pool size:" << pool.size() << endl;
        }
        cout << "pool size:" << pool.size() << endl;
    }

另一个demo

#include <iostream>
    #include <vector>
    
    using namespace std;
    
    class Object {
    public:
        Object() {
            cout << "Object created" << endl;
        }
    
        ~Object() {
            cout << "Object destroyed" << endl;
        }
    };
    
    class ObjectPool {
    private:
        vector<Object*> objects;
    public:
        Object* acquire() {
            if (objects.empty()) {
                return new Object;
            } 
            else {
                Object* obj = objects.back();
                objects.pop_back();
                return obj;
            }
        }
    
        void release(Object* obj) {
            objects.push_back(obj);
        }
    };
    
    int main() {
        ObjectPool objPool;
    
        // acquire an object from the pool
        Object* newObj1 = objPool.acquire();
    
        // acquire another object from the pool
        Object* newObj2 = objPool.acquire();
    
        // release the first object back to the pool
        objPool.release(newObj1);
    
        // acquire an object from the pool
        Object* newObj3 = objPool.acquire();
    
        // release the second object back to the pool
        objPool.release(newObj2);
    
        // release the third object back to the pool
        objPool.release(newObj3);
    
        return 0;
    }

#### 四、总结 ####

对象池的优点：

提升了t获取对象的响应速度，比如单个线程和资源连接的创建成本都比较大。  
运用对象池化技术可以显著地提升性能，尤其是当对象的初始化过程代价较大或者频率较高时。  
一定程度上减少了GC的压力。对于实时性要求较高的程序有很大的帮助  
比如说 http 链接的对象池，Redis对象池等等都使用了对象池

对象池的缺点：

设计和使用对象池容易出错， 设计上需要注意状态同步,并发环境中， 多个线程可能(同时)需要获取池中对象， 进而需要在堆数据结构上进行同步或者因为锁竞争而产生阻塞， 这是个难点， 使用上可能存在忘记归还(就像C语言编程忘记free一样)， 重复归还(可能需要做个循环判断一下是否池中存在此对象， 这也是个开销)， 归还后仍旧使用对象(可能造成多个线程并发使用一个对象的情况)等问题。

参考：

[对象池的介绍与使用\_Dream\_bin的博客-CSDN博客\_对象池][Dream_bin_-CSDN]

[brpc中资源池/对象池的源码剖析\_华秋实的博客-CSDN博客\_brpc resource\_pool][brpc_-CSDN_brpc resource_pool]

[Dream_bin_-CSDN]: https://blog.csdn.net/Dream_bin/article/details/116242953
[brpc_-CSDN_brpc resource_pool]: https://blog.csdn.net/yockie/article/details/111425457