.NET Core对象池的应用:编程篇

借助于有效的自动化垃圾回收机制,.NET让开发人员不在关心对象的生命周期,但实际上很多性能问题都来源于GC。并不说.NET的GC有什么问题,而是对象生命周期的跟踪和管理本身是需要成本的,不论交给应用还是框架来做,都会对性能造成影响。在一些对性能比较敏感的应用中,我们可以通过对象复用的方式避免垃圾对象的产生,进而避免GC因对象回收导致的性能损失。对象池是对象复用的一种常用的方式。.NET提供了一个简单高效的对象池框架,并使用在ASP.NET自身框架中。这个对象池狂框架由“Microsoft.Extensions.ObjectPool”这个NuGet包提供,我们可以通过添加这个NuGet包它引入我们的应用中。接下来我们就通过一些简单的示例来演示一下对象池的基本编程模式。

一、对象的借与还

和绝大部分的对象池编程方式一样,当我们需要消费某个对象的时候,我们不会直接创建它,而是选择从对象池中“借出”一个对象。一般来说,如果对象池为空,或者现有的对象都正在被使用,它会自动帮助我们完成对象的创建。借出的对象不再使用的时候,我们需要及时将其“归还”到对象池中以供后续复用。我们在使用.NET的对象池框架时,主要会使用如下这个ObjectPool<T>类型,针对池化对象的借与还体现在它的GetReturn方法中。

public abstract class ObjectPool<T> where T: class { public abstract T Get(); public abstract void Return(T obj); }

我们接下来利用一个简单的控制台程序来演示对象池的基本编程模式。在添加了针对“Microsoft.Extensions.ObjectPool”这个NuGet包的引用之后,我们定义了如下这个FoobarService类型来表示希望池化复用的服务对象。如代码片段所示,FoobarService具有一个自增整数表示Id属性作为每个实例的唯一标识,静态字段_latestId标识当前分发的最后一个标识。

public class FoobarService { internal static int _latestId; public int Id { get; } public FoobarService() => Id = Interlocked.Increment(ref _latestId); }

通过对象池的方式来使用FoobarService对象体现在如下的代码片段中。我们通过调用ObjectPool类型的静态方法Create<FoobarService>方法得到针对FoobarService类型的对象池,这是一个ObjectPool<FoobarService>对象。针对单个FoobarService对象的使用体现在本地方法ExecuteAsync中。如代码片段所示,我们调用ObjectPool<FoobarService>对象的Get方法从对象池中借出一个Foobar对象。为了确定对象是否真的被复用,我们在控制台上打印出对象的标识。我们通过延迟1秒钟模拟针对服务对象的长时间使用,并在最后通过调用ObjectPool<FoobarService>对象的Return方法将借出的对象释放到对象池中。

class Program { static async Task Main() { var objectPool = ObjectPool.Create<FoobarService>(); while (true) { Console.Write("Used services: "); await Task.WhenAll(Enumerable.Range(1, 3).Select(_ => ExecuteAsync())); Console.Write("\n"); } async Task ExecuteAsync() { var service = objectPool.Get(); try { Console.Write($"{service.Id}; "); await Task.Delay(1000); } finally { objectPool.Return(service); } } } }

在Main方法中,我们构建了一个无限循环,并在每次迭代中并行执行ExecuteAsync方法三次。演示实例运行之后会在控制台上输出如下所示的结果,可以看出每轮迭代使用的三个对象都是一样的。每次迭代,它们从对象池中被借出,使用完之后又回到池中供下一次迭代使用。

.NET Core对象池的应用:编程篇

二、依赖注入

我们知道依赖注入是已经成为 .NET Core的基本编程模式,针对对象池的编程最好也采用这样的编程方式。如果采用依赖注入,容器提供的并不是代表对象池的ObjectPool<T>对象,而是一个ObjectPoolProvider对象。顾名思义, ObjectPoolProvider对象作为对象池的提供者,用来提供针对指定对象类型的ObjectPool<T>对象。

.NET提供的大部分框架都提供了针对IServiceCollection接口的扩展方法来注册相应的服务,但是对象池框架并没有定义这样的扩展方法,所以我们需要采用原始的方式来完成针对ObjectPoolProvider的注册。如下面的代码片段所示,在创建出ServiceCollection对象之后,我们通过调用AddSingleton扩展方法注册了ObjectPoolProvider的默认实现类型DefaultObjectPoolProvider

class Program { static async Task Main() { var objectPool = new ServiceCollection().AddSingleton<ObjectPoolProvider, DefaultObjectPoolProvider>() .BuildServiceProvider() .GetRequiredService<ObjectPoolProvider>() .Create<FoobarService>(); … } }

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