深入Golang之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()
}
}
  1. 如果放入的值为空,直接return.
  2. 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。
  3. 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。

深入Golang之sync.Pool详解

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, )
return &b
},
} func main() {
//defer
//debug.SetGCPercent(debug.SetGCPercent(-1))
a := time.Now().Unix()
for i:=;i<;i++{
obj := make([]byte, )
_ = obj
}
b := time.Now().Unix() for j:=;j<;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")
}

深入Golang之sync.Pool详解

深入Golang之sync.Pool详解

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:

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