深度剖析 C++ 对象池自动回收技术实现

对象池可以明显提高性能，假如一个对象的创立非常耗时或者非常昂贵，频繁去创立的话会非常低效。对象池通过对象复用的方式来避免重复创立对象，它会事前创立肯定数量的对象放到池中，当客户需要创立对象的时候，直接从对象池中获取就可，用完对象之后再放回到对象池中，以便复用。这种方式避免了重复创立耗时或者耗资源的大对象，大幅提高了程序性能。本文将讨论对象池的技术特性以及源码实现。

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对象池类图

ObjectPool：管理对象实例的pool。

Client：使用者。

适用性：

类的实例可重用。

类的实例化过程开销较大。

类的实例化的频率较高。

效果：

节省了创立类实例的开销。

节省了创立类实例的时间。

存储空间随着对象的增多而增大。

问题

目前纵观主流语言的实现方式无外乎3个步骤：

初始创立肯定数量的对象池（也允许从外面增加对象）。

从对象池中取对象来使用。

用完之后返回对象池。

一般情况下这样是OK的，可能存在的问题是在第三步，有两个问题：

不方便，每次都需要显式回收对象。

不记得将对象放回对象池，造成资源白费。

改进动机

处理显式回收的问题，实现自动回收，省心省力。改进之后的对象池毋庸提供release方法，对象会自动回收，改进之后的类图如下。

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技术内幕

借助c++11智能指针，由于智能指针可以自己设置删除器，在智能指针释放的时候会调用删除器，在删除器中我们将用完的对象重新放回对象池。思路比较简单，但实现的时候需要考虑两个问题：

什么时候定义删除器？以及用shared_ptr还是unique_ptr？下面我们一起来看一下：?

1. 什么时候定义删除器

自己设置删除器只做一件事，就是将对象重新放入对象池。假如对象池初始化的时候就自己设置删除器的话，删除器中的逻辑是将对象放回对象池，放回的时候无法再定义一个这样的删除器，所以这种做法行不通。需要注意，回收的对象只能是默认删除器的。除了前述起因之外，另外一个起因是对象池释放的时候需要释放所有的智能指针，释放的时候假如存在自己设置删除器将会导致对象无法删除。只有在get的时候定义删除器才行，但是初始创立或者加入的智能指针是默认删除器，所以我们需要把智能指针的默认删除器改为自己设置删除器。

2 .用shared_ptr还是unique_ptr

由于我们需要把智能指针的默认删除器改为自己设置删除器，用shared_ptr会很不方便，由于你无法直接将shared_ptr的删除器修改为自己设置删除器，尽管你可以通过重新创立一个新对象，把原对象拷贝过来的做法来实现，但是这样做效率比较低。而unique_ptr因为是独占语义，提供了一种简便的方法方法可以实现修改删除器，所以用unique_ptr是最适合的。

2.实现源码

#pragma once

#include <memory>

#include <vector>

#include <functional>

template <class T>

class SimpleObjectPool

{

public:

????using DeleterType = std::function<void(T*)>;

????void add(std::unique_ptr<T> t)

????{

????????pool_.push_back(std::move(t));

????}

????std::unique_ptr<T, DeleterType> get()

????{

????????if (pool_.empty())

????????{

????????????throw std::logic_error(“no more object”);

????????}

????????//every time add custom deleter for default unique_ptr

????????std::unique_ptr<T, DeleterType> ptr(pool_.back().release(), [this](T* t)

????????{

????????????pool_.push_back(std::unique_ptr<T>(t));

????????});

????????pool_.pop_back();

????????return std::move(ptr);

????}

????bool empty() const

????{

????????return pool_.empty();

????}

????size_t size() const

????{

????????return pool_.size();

????}

private:

????std::vector<std::unique_ptr<T>> pool_;

};

//test code

void test_object_pool()

{

????SimpleObjectPool<A> p;

????p.add(std::unique_ptr<A>(new A()));

????p.add(std::unique_ptr<A>(new A()));

????{

????????auto t = p.get();

????????p.get();

????}

????{

????????p.get();

????????p.get();

????}

????std::cout << p.size() << std::endl;

｝

假如你坚持用shared_ptr，那么回收的时候你需要这样写：

std::shared_ptr<T> get()

{

if (pool_.empty())

{

throw std::logic_error(“no more object”);

}

std::shared_ptr<T> ptr = pool_.back();

auto p = std::shared_ptr<T>(new T(std::move(*ptr.get())), [this](T* t)

{

pool_.push_back(std::shared_ptr<T>(t));

});

//std::unique_ptr<T, DeleterType> ptr(pool_.back().release(), [this](T* t)

//{

//pool_.push_back(std::unique_ptr<T>(t));

//});

pool_.pop_back();

return p;

}

这种方式需要每次都创立一个新对象，并且拷贝原来的对象，是一种比较低效的做法。代码仅仅是为了展现如何实现自动回收对象，没有考虑线程安全、对象池扩容策略等细节，源码链接：object_pool

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总结

但凡需要自动回收的场景下都可以使用这种方式：在获取对象的时候将默认删除器改为自己设置删除器，确保它可以回收。注意，回收的智能指针使用的是默认删除器，可以确保对象池释放时能正常释放对象。同时也将获取对象和释放对象时，对象的控制权完全分离。其余的少量应用场景：多例模式，无需手动释放，自动回收。