深入Golang中的sync.Pool詳解

我們通常用golang來構(gòu)建高并發(fā)場景下的應(yīng)用，但是由于golang內(nèi)建的GC機(jī)制會影響應(yīng)用的性能，為了減少GC，golang提供了對象重用的機(jī)制，也就是sync.Pool對象池。 sync.Pool是可伸縮的，并發(fā)安全的。其大小僅受限于內(nèi)存的大小，可以被看作是一個存放可重用對象的值的容器。 設(shè)計(jì)的目的是存放已經(jīng)分配的但是暫時不用的對象，在需要用到的時候直接從pool中取。

任何存放區(qū)其中的值可以在任何時候被刪除而不通知，在高負(fù)載下可以動態(tài)的擴(kuò)容，在不活躍時對象池會收縮。

sync.Pool首先聲明了兩個結(jié)構(gòu)體

// Local per-P Pool appendix.
type poolLocalInternal struct {
	private interface{}   // Can be used only by the respective P.
	shared  []interface{} // Can be used by any P.
	Mutex                 // Protects shared.
}

type poolLocal struct {
	poolLocalInternal

	// Prevents false sharing on widespread platforms with
	// 128 mod (cache line size) = 0 .
	pad [128 - unsafe.Sizeof(poolLocalInternal{})%128]byte
}

為了使得在多個goroutine中高效的使用goroutine，sync.Pool為每個P(對應(yīng)CPU)都分配一個本地池，當(dāng)執(zhí)行Get或者Put操作的時候，會先將goroutine和某個P的子池關(guān)聯(lián)，再對該子池進(jìn)行操作。 每個P的子池分為私有對象和共享列表對象，私有對象只能被特定的P訪問，共享列表對象可以被任何P訪問。因?yàn)橥粫r刻一個P只能執(zhí)行一個goroutine，所以無需加鎖，但是對共享列表對象進(jìn)行操作時，因?yàn)榭赡苡卸鄠€goroutine同時操作，所以需要加鎖。

值得注意的是poolLocal結(jié)構(gòu)體中有個pad成員，目的是為了防止false sharing。cache使用中常見的一個問題是false sharing。當(dāng)不同的線程同時讀寫同一cache line上不同數(shù)據(jù)時就可能發(fā)生false sharing。false sharing會導(dǎo)致多核處理器上嚴(yán)重的系統(tǒng)性能下降。具體的可以參考偽共享(False Sharing)。

類型sync.Pool有兩個公開的方法，一個是Get，一個是Put, 我們先來看一下Put的源碼。

// Put adds x to the pool.
func (p *Pool) Put(x interface{}) {
	if x == nil {
		return
	}
	if race.Enabled {
		if fastrand()%4 == 0 {
			// Randomly drop x on floor.
			return
		}
		race.ReleaseMerge(poolRaceAddr(x))
		race.Disable()
	}
	l := p.pin()
	if l.private == nil {
		l.private = x
		x = nil
	}
	runtime_procUnpin()
	if x != nil {
		l.Lock()
		l.shared = append(l.shared, x)
		l.Unlock()
	}
	if race.Enabled {
		race.Enable()
	}
}

如果放入的值為空，直接return.檢查當(dāng)前goroutine的是否設(shè)置對象池私有值，如果沒有則將x賦值給其私有成員，并將x設(shè)置為nil。如果當(dāng)前goroutine私有值已經(jīng)被設(shè)置，那么將該值追加到共享列表。

func (p *Pool) Get() interface{} {
	if race.Enabled {
		race.Disable()
	}
	l := p.pin()
	x := l.private
	l.private = nil
	runtime_procUnpin()
	if x == nil {
		l.Lock()
		last := len(l.shared) - 1
		if last >= 0 {
			x = l.shared[last]
			l.shared = l.shared[:last]
		}
		l.Unlock()
		if x == nil {
			x = p.getSlow()
		}
	}
	if race.Enabled {
		race.Enable()
		if x != nil {
			race.Acquire(poolRaceAddr(x))
		}
	}
	if x == nil  p.New != nil {
		x = p.New()
	}
	return x
}

1. 嘗試從本地P對應(yīng)的那個本地池中獲取一個對象值, 并從本地池沖刪除該值。
2. 如果獲取失敗，那么從共享池中獲取, 并從共享隊(duì)列中刪除該值。
3. 如果獲取失敗，那么從其他P的共享池中偷一個過來，并刪除共享池中的該值(p.getSlow())。
4. 如果仍然失敗，那么直接通過New()分配一個返回值，注意這個分配的值不會被放入池中。New()返回用戶注冊的New函數(shù)的值，如果用戶未注冊New，那么返回nil。

最后我們來看一下init函數(shù)。

func init() {
    runtime_registerPoolCleanup(poolCleanup)
}

可以看到在init的時候注冊了一個PoolCleanup函數(shù)，他會清除掉sync.Pool中的所有的緩存的對象，這個注冊函數(shù)會在每次GC的時候運(yùn)行，所以sync.Pool中的值只在兩次GC中間的時段有效。

package main

import (
    "sync"
    "time"
    "fmt"
)

var bytePool = sync.Pool{
    New: func() interface{} {
        b := make([]byte, 1024)
        return b
    },
}


func main()  {
    //defer
    //debug.SetGCPercent(debug.SetGCPercent(-1))
    a := time.Now().Unix()
    for i:=0;i1000000000;i++{
        obj := make([]byte, 1024)
        _ = obj
    }
    b := time.Now().Unix()

    for j:=0;j1000000000;j++  {
        obj := bytePool.Get().(*[]byte)
        _ = obj
        bytePool.Put(obj)
    }

    c := time.Now().Unix()
    fmt.Println("without pool ", b - a, "s")
    fmt.Println("with    pool ", c - b, "s")
}

可見GC對性能影響不大，因?yàn)閟hared list太長也會耗時。

總結(jié)：

通過以上的解讀，我們可以看到，Get方法并不會對獲取到的對象值做任何的保證，因?yàn)榉湃氡镜爻刂械闹涤锌赡軙谌魏螘r候被刪除，但是不通知調(diào)用者。放入共享池中的值有可能被其他的goroutine偷走。 所以對象池比較適合用來存儲一些臨時切狀態(tài)無關(guān)的數(shù)據(jù)，但是不適合用來存儲數(shù)據(jù)庫連接的實(shí)例，因?yàn)榇嫒雽ο蟪刂氐闹涤锌赡軙诶厥諘r被刪除掉，這違反了數(shù)據(jù)庫連接池建立的初衷。

根據(jù)上面的說法，Golang的對象池嚴(yán)格意義上來說是一個臨時的對象池，適用于儲存一些會在goroutine間分享的臨時對象。主要作用是減少GC，提高性能。在Golang中最常見的使用場景是fmt包中的輸出緩沖區(qū)。

在Golang中如果要實(shí)現(xiàn)連接池的效果，可以用container/list來實(shí)現(xiàn)，開源界也有一些現(xiàn)成的實(shí)現(xiàn)，比如go-commons-pool，具體的讀者可以去自行了解。

參考資料：

go語言的官方包sync.Pool的實(shí)現(xiàn)原理和適用場景

sync.Pool源碼

到此這篇關(guān)于深入Golang中的sync.Pool詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Golang sync.Pool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！