深入Golang中的sync.Pool详解

我们通常用golang来构建高并发场景下的应用，但是由于golang内建的GC机制会影响应用的性能，为了减少GC，golang提供了对象重用的机制，也就是sync.Pool对象池。 sync.Pool是可伸缩的，并发安全的。其大小仅受限于内存的大小，可以被看作是一个存放可重用对象的值的容器。 设计的目的是存放已经分配的但是暂时不用的对象，在需要用到的时候直接从pool中取。

任何存放区其中的值可以在任何时候被删除而不通知，在高负载下可以动态的扩容，在不活跃时对象池会收缩。

sync.Pool首先声明了两个结构体

// 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
}

为了使得在多个goroutine中高效的使用goroutine，sync.Pool为每个P(对应CPU)都分配一个本地池，当执行Get或者Put操作的时候，会先将goroutine和某个P的子池关联，再对该子池进行操作。 每个P的子池分为私有对象和共享列表对象，私有对象只能被特定的P访问，共享列表对象可以被任何P访问。因为同一时刻一个P只能执行一个goroutine，所以无需加锁，但是对共享列表对象进行操作时，因为可能有多个goroutine同时操作，所以需要加锁。

值得注意的是poolLocal结构体中有个pad成员，目的是为了防止false sharing。cache使用中常见的一个问题是false sharing。当不同的线程同时读写同一cache line上不同数据时就可能发生false sharing。false sharing会导致多核处理器上严重的系统性能下降。具体的可以参考伪共享(False Sharing)。

类型sync.Pool有两个公开的方法，一个是Get，一个是Put, 我们先来看一下Put的源码。

// 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()
	}
}

如果放入的值为空，直接return.检查当前goroutine的是否设置对象池私有值，如果没有则将x赋值给其私有成员，并将x设置为nil。如果当前goroutine私有值已经被设置，那么将该值追加到共享列表。

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. 尝试从本地P对应的那个本地池中获取一个对象值, 并从本地池冲删除该值。
2. 如果获取失败，那么从共享池中获取, 并从共享队列中删除该值。
3. 如果获取失败，那么从其他P的共享池中偷一个过来，并删除共享池中的该值(p.getSlow())。
4. 如果仍然失败，那么直接通过New()分配一个返回值，注意这个分配的值不会被放入池中。New()返回用户注册的New函数的值，如果用户未注册New，那么返回nil。

最后我们来看一下init函数。

func init() {
    runtime_registerPoolCleanup(poolCleanup)
}

可以看到在init的时候注册了一个PoolCleanup函数，他会清除掉sync.Pool中的所有的缓存的对象，这个注册函数会在每次GC的时候运行，所以sync.Pool中的值只在两次GC中间的时段有效。

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;i<1000000000;i++{
        obj := make([]byte, 1024)
        _ = obj
    }
    b := time.Now().Unix()

    for j:=0;j<1000000000;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")
}

可见GC对性能影响不大，因为shared list太长也会耗时。

总结：

通过以上的解读，我们可以看到，Get方法并不会对获取到的对象值做任何的保证，因为放入本地池中的值有可能会在任何时候被删除，但是不通知调用者。放入共享池中的值有可能被其他的goroutine偷走。 所以对象池比较适合用来存储一些临时切状态无关的数据，但是不适合用来存储数据库连接的实例，因为存入对象池重的值有可能会在垃圾回收时被删除掉，这违反了数据库连接池建立的初衷。

根据上面的说法，Golang的对象池严格意义上来说是一个临时的对象池，适用于储存一些会在goroutine间分享的临时对象。主要作用是减少GC，提高性能。在Golang中最常见的使用场景是fmt包中的输出缓冲区。

在Golang中如果要实现连接池的效果，可以用container/list来实现，开源界也有一些现成的实现，比如go-commons-pool，具体的读者可以去自行了解。

参考资料：

go语言的官方包sync.Pool的实现原理和适用场景

sync.Pool源码

到此这篇关于深入Golang中的sync.Pool详解的文章就介绍到这了,更多相关Golang sync.Pool内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！