go语言的官方包sync.Pool的实现原理和适用场景

tinyrabbit 发布于2年前 阅读1910次
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已经使用golang有一段时间,go的协程和gc垃圾回收特性的确会提高程序的开发效率。但是毕竟是一门新语言,如果对于它的机制不了解,用起来可能会蹦出各种潘多拉盒子。今天就讲讲我在项目中用到的sync包的Pool类的使用,以免大家混淆使用。

众所周知,go是自动垃圾回收的(garbage collector),这大大减少了程序编程负担。但gc是一把双刃剑,带来了编程的方便但同时也增加了运行时开销,使用不当甚至会严重影响程序的性能。因此性能要求高的场景不能任意产生太多的垃圾(有gc但又不能完全依赖它挺恶心的),如何解决呢?那就是要重用对象了,我们可以简单的使用一个chan把这些可重用的对象缓存起来,但如果很多goroutine竞争一个chan性能肯定是问题.....由于golang团队认识到这个问题普遍存在,为了避免大家重造车轮,因此官方统一出了一个包Pool。但为什么放到sync包里面也是有的迷惑的,先不讨论这个问题。

先来看看如何使用一个pool:

package main

import(
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    p := &sync.Pool{
        New: func() interface{} {
            return 0
        },
    }

    a := p.Get().(int)
    p.Put(1)
    b := p.Get().(int)
    fmt.Println(a, b)
}
上面创建了一个缓存int对象的一个pool,先从池获取一个对象然后放进去一个对象再取出一个对象,程序的输出是0 1。创建的时候可以指定一个New函数,获取对象的时候如何在池里面找不到缓存的对象将会使用指定的new函数创建一个返回,如果没有new函数则返回nil。用法是不是很简单,我们这里就不多说,下面来说说我们关心的问题:

1、缓存对象的数量和期限

上面我们可以看到pool创建的时候是不能指定大小的,所有sync.Pool的缓存对象数量是没有限制的(只受限于内存),因此使用sync.pool是没办法做到控制缓存对象数量的个数的。另外sync.pool缓存对象的期限是很诡异的,先看一下src/pkg/sync/pool.go里面的一段实现代码:

func init() {
    runtime_registerPoolCleanup(poolCleanup)
}

可以看到pool包在init的时候注册了一个poolCleanup函数,它会清除所有的pool里面的所有缓存的对象,该函数注册进去之后会在每次gc之前都会调用,因此sync.Pool缓存的期限只是两次gc之间这段时间。例如我们把上面的例子改成下面这样之后,输出的结果将是0 0。正因gc的时候会清掉缓存对象,也不用担心pool会无限增大的问题。

    a := p.Get().(int)
    p.Put(1)
    runtime.GC()
    b := p.Get().(int)
    fmt.Println(a, b)

 这是很多人错误理解的地方,正因为这样,我们是不可以使用sync.Pool去实现一个socket连接池的。

2、缓存对象的开销

如何在多个goroutine之间使用同一个pool做到高效呢?官方的做法就是尽量减少竞争,因为sync.pool为每个P(对应cpu,不了解的童鞋可以去看看golang的调度模型介绍)都分配了一个子池,如下图:


当执行一个pool的get或者put操作的时候都会先把当前的goroutine固定到某个P的子池上面,然后再对该子池进行操作。每个子池里面有一个私有对象和共享列表对象,私有对象是只有对应的P能够访问,因为一个P同一时间只能执行一个goroutine,因此对私有对象存取操作是不需要加锁的。共享列表是和其他P分享的,因此操作共享列表是需要加锁的。

获取对象过程是:

1)固定到某个P,尝试从私有对象获取,如果私有对象非空则返回该对象,并把私有对象置空;

2)如果私有对象是空的时候,就去当前子池的共享列表获取(需要加锁);

3)如果当前子池的共享列表也是空的,那么就尝试去其他P的子池的共享列表偷取一个(需要加锁);

4)如果其他子池都是空的,最后就用用户指定的New函数产生一个新的对象返回。

可以看到一次get操作最少0次加锁,最大N(N等于MAXPROCS)次加锁。

归还对象的过程:

1)固定到某个P,如果私有对象为空则放到私有对象;

2)否则加入到该P子池的共享列表中(需要加锁)。

可以看到一次put操作最少0次加锁,最多1次加锁。

由于goroutine具体会分配到那个P执行是golang的协程调度系统决定的,因此在MAXPROCS>1的情况下,多goroutine用同一个sync.Pool的话,各个P的子池之间缓存的对象是否平衡以及开销如何是没办法准确衡量的。但如果goroutine数目和缓存的对象数目远远大于MAXPROCS的话,概率上说应该是相对平衡的。

总的来说,sync.Pool的定位不是做类似连接池的东西,它的用途仅仅是增加对象重用的几率,减少gc的负担,而开销方面也不是很便宜的。

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