关于对象池的设计及实现
发表于2019-03-19
都知道对象池在减少内存开销上的作用，那在本篇中我们就和大家探讨下关于对象池的设计以及实现。
对象池模型创建并拥有固定数量的对象，当程序需要一个新的对象时，如果对象池中有空闲对象，则立即返回，否则才创建新的该类对象。当一个对象不再被使用时，其应该应该将其放回对象池，以便后来的程序使用。由于系统资源有限，一个对象池模型应该指定其可容纳的最大对象数量。当达到该数量时，如果仍然有对象创建请求，则抛出异常或者阻塞当前调用线程，直到一个对象被放回对象池中。
对象池模型适用的场景：
- 需要使用大量对象
- 这些对象的实例化开销比较大且生存期比较短
对象池优势：
一个对象池可以在可容忍时间内创建成功并投入使用。但是创建对象时并不总是这样，尤其是当这些对象的创建过程比较耗时，而且创建和销毁频率又比较大时更是如此。比如数据库连接、网络套接字连接、线程对象、诸如字体或位图等图像对象等。
实现：
假设有如下类定义：
class Object
｛
public:
Object(const string& name) : name_(name)
｛
printf("Construct Object[%p] %s.\n", this, name_.c_str());
｝
~Object()
｛
printf("~Destruct Object[%p] %s.\n", this, name_.c_str());
｝
const string& key() const ｛ return name_; ｝
private:
string name_;
｝;
如下对象池类的设计，用来提供Object类对象，分为2个版本介绍：（注意，如下仅考虑了对象池本身所涉及的特性，没有涉及同步控制机制）
版本1：
class ObjectPool
｛
public:
boost::shared_ptr<Object> get(const string& key)
｛
boost::shared_ptr<Object> pObject;
boost::weak_ptr<Object>& k_object = objects_[key];
pObject = k_object.lock();
if (!pObject)
｛
pObject.reset(new Object(key),
boost::bind(&ObjectPool::releaseObject, this, _1));
k_object = pObject;
｝
return pObject;
｝
private:
void releaseObject(Object* object)
｛
printf("releaseObject[%p].\n", object);
if (object)
｛
objects_.erase(object->key());
｝
delete object;
｝
std::map<string, boost::weak_ptr<Object> > objects_;
｝;
ObjectPool的get函数返回map中key对应的Object对象。如果该对象不存在，则新建一个Object，将其放入map中，然后返回这个新建的Object。同时，重置shared_ptr（新增Object对象）时指定析构器releaseObject，使得对象析构时执行releaseObject(object);
但是上述实现存在一个问题：
将this传入bind函数中，如果ObjectPool对象先于Object对象析构了，那么在析构Object对象时，如何调用releaseObject函数呢？（因为releaseObject函数属于ObjectPool类）
版本2：
class ObjectPool : public boost::enable_shared_from_this<ObjectPool>
｛
public:
boost::shared_ptr<Object> get(const string& key)
｛
boost::shared_ptr<Object> pObject;
boost::weak_ptr<Object>& k_object = objects_[key];
pObject = k_object.lock();
if (!pObject)
｛
pObject.reset(new Object(key),
boost::bind(&ObjectPool::releaseObject, shared_from_this(), _1));
k_object = pObject;
｝
return pObject;
｝
private:
void releaseObject(Object* object)
｛
printf("releaseObject[%p].\n", object);
if (object)
｛
objects_.erase(object->key());
｝
delete object;
｝
std::map<string, boost::weak_ptr<Object> > objects_;
｝;
要解决版本1中的问题，只需增加ObjectPool的寿命就可以了。可以利用boost::enable_shared_from_this模板类中的shared_from_this()，如此可以将this转换为shared_ptr<ObjectPool>。如此，由于bind是值传递语义，因此其必然保存一份shared_ptr<ObjectPool>的副本，可以保证shared_ptr的引用计数不为0。
测试用例：
// object_pool.cc
#include <map>
#include <boost/bind.hpp>
#include <boost/enable_shared_from_this.hpp>
#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/weak_ptr.hpp>
#include <stdio.h>
using std::string;
const int MAXNUM = 5; // the largest amounts of objects
int nums = 0; // the current amounts of objects
class Object
｛
public:
Object(const string& name) : name_(name)
｛
printf("Construct Object[%p] %s.\n", this, name_.c_str());
｝
~Object()
｛
printf("~Destruct Object[%p] %s.\n", this, name_.c_str());
｝
const string& key() const ｛ return name_; ｝
private:
string name_;
｝;
namespace version1
｛
class ObjectPool
｛
public:
boost::shared_ptr<Object> get(const string& key)
｛
boost::shared_ptr<Object> pObject;
boost::weak_ptr<Object>& k_object = objects_[key];
pObject = k_object.lock();
if (!pObject)
｛
++nums;
BOOST_ASSERT(nums <= MAXNUM);
pObject.reset(new Object(key),
boost::bind(&ObjectPool::releaseObject, this, _1));
k_object = pObject;
｝
return pObject;
｝
private:
void releaseObject(Object* object)
｛
printf("releaseObject[%p].\n", object);
if (object)
｛
--nums;
objects_.erase(object->key());
｝
delete object;
｝
std::map<string, boost::weak_ptr<Object> > objects_;
｝;
｝
namespace version2
｛
class ObjectPool : public boost::enable_shared_from_this<ObjectPool>
｛
public:
boost::shared_ptr<Object> get(const string& key)
｛
boost::shared_ptr<Object> pObject;
boost::weak_ptr<Object>& k_object = objects_[key];
pObject = k_object.lock();
if (!pObject)
｛
++nums;
BOOST_ASSERT(nums <= MAXNUM);
pObject.reset(new Object(key),
boost::bind(&ObjectPool::releaseObject, shared_from_this(), _1));
k_object = pObject;
｝
return pObject;
｝
private:
void releaseObject(Object* object)
｛
printf("releaseObject[%p].\n", object);
if (object)
｛
--nums;
objects_.erase(object->key());
｝
delete object;
｝
std::map<string, boost::weak_ptr<Object> > objects_;
｝;
｝
int main()
｛
boost::shared_ptr<version1::ObjectPool> op1(new version1::ObjectPool);
boost::shared_ptr<Object> object1 = op1->get("object1");
boost::shared_ptr<Object> object2 = op1->get("object2");
boost::shared_ptr<Object> object3 = op1->get("object3");
boost::shared_ptr<Object> object4 = op1->get("object4");
boost::shared_ptr<Object> object5 = op1->get("object5");
boost::shared_ptr<Object> object6 = op1->get("object5");
//boost::shared_ptr<version2::ObjectPool> op2(new version2::ObjectPool);
//boost::shared_ptr<Object> object7 = op2->get("object2");
//boost::shared_ptr<Object> object8 = op2->get("object2");
return 0;
｝
// output
Construct Object[003e1060] object1.
Construct Object[003e10e0] object2.
Construct Object[003e1160] object3.
Construct Object[003e11e0] object4.
Construct Object[003e1260] object5.
releaseObject[003e1260].
~Destruct Object[003e1260] object5.
releaseObject[003e11e0].
~Destruct Object[003e11e0] object4.
releaseObject[003e1160].
~Destruct Object[003e1160] object3.
releaseObject[003e10e0].
~Destruct Object[003e10e0] object2.
releaseObject[003e1060].
~Destruct Object[003e1060] object1.
以上的内容是关于对象池的设计与实现的全部内容，如果还想再深入的了解对象池，可以参考《深入理解对象池技术》。